Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биоиндикационная роль люмбрицид при оценке почв города Костромы и Костромского Заволжья

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Биоиндикационная роль люмбрицид при оценке почв города Костромы и Костромского Заволжья"

На правах рукописи 4853иаI

СОКОЛОВА ТАТЬЯНА ЛЕОНИДОВНА

БИОИНДИКАЦИОННАЯ РОЛЬ ЛЮМБРИЦИД ПРИ ОЦЕНКЕ ПОЧВ ГОРОДА КОСТРОМЫ И КОСТРОМСКОГО ЗАВОЛЖЬЯ

Специальность 03.02.08 - экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

■1 5 СЕН 2011

Нижний Новгород 2011

4853091

Работа выполнена на кафедре зоологии и географии Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Костромской государственный университет имени H.A. Некрасова»

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Барышев Александр Александрович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Ануфриев Георгий Александрович

кандидат биологических наук, доцент Сидоренко Михаил Владимирович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Нижегородский государственный

педагогический университет»

Защита диссертации состоится » CtH4ruti/Liu 2011г. в -/¿.СОч. на заседании диссертационного совета Д 212.166.12 при Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, д. 23, корп. 1, биологический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского.

E-mail: ecology@bio.unn.ru факс: (831)462-30-85

Автореферат разослан «J6 » üSt^ctrto^ 2011 г.

М-

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук ^/МН.И. Зазнобина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Почва представляет собой важнейшую составную часть биосферы, в которой протекают многочисленные процессы трансформации и миграции веществ. Выступая в качестве геохимического барьера на пути миграции загрязняющих веществ, почвенный покров предохраняет сопредельные среды от техногенного воздействия. Однако возможности почвы как буферной системы небезграничны. Аккумуляция загрязняющих веществ различного происхождения в почве приводит к изменению их физико-химического и биологического состояния. Эти негативные изменения неизбежно сопровождаются воздействием почв на биоразнообразие, продуктивность биотического компонента и устойчивость биоценозов в целом.

Почвенные животные являются чувствительным индикатором изменения наземных экосистем под воздействием различных природных и антропогенных факторов. Одними из наиболее важных индикаторов состояния окружающей среды является почвенная мезофауна, что обусловлено их возможностью взаимодействовать со многими компонентами своей экосистемы и почва для них выступает как среда обитания в целом. Снижение биоразнообразия педофауны приводит к ослаблению уровня зоотических процессов и деградации почвенного покрова. Поэтому в современных условиях актуальным является вопрос об охране почвенной фауны, и, в первую очередь - поч-вообразователей. Эта задача должна решаться не только в отношении почвенных беспозвоночных на охраняемых территориях, но и в почвах, которые подвержены интенсивным антропогенным нагрузкам. Подобные исследования стали особенно актуальны в связи с необходимостью прогнозирования экологического состояния окружающей среды.

Состав и структура комплексов люмбрицид, как и других педомезоби-онтов города Костромы и Костромского Заволжья, практически не изучены, что и послужило обоснованием выбора темы. Эти данные могут выявить направления трансформации биогеоценозов вблизи промышленного города. Зооценоз является чутким индикатором изменений условий среды обитания, а сообщества педобионтов являются высокоинформативными индикаторами свойств и характеристик биогеоценозов под влиянием человека.

Цель исследования. Основной целью работы явилось изучение комплексов люмбрицид фоновых биогеоценозов и биогеоценозов, подверженных антропогенным воздействиям, их струюуры и закономерностей распределения в почвах.

Для выполнения намеченной цели были поставлены следующие задачи:

1) выявить видовой состав люмбрицид различных биогеоценозов города Костромы и Костромской области;

2) оценить соотношение количественных показателей люмбрицид в почвах в сравнении с другими группами почвенной мезофауны;

3) выявить соотношение морфо-экологических групп люмбрицид и их место в трофической структуре комплексов педомезобионтов;

4) изучить сезонную динамику изменения количественных и качественных показателей представителей семейства ЬшпЬпсйае;

5) провести оценку состояния почвенной мезофауны различных биогеоценозов с использованием почвенно-экологических методов диагностики почв.

Научная новизна. В Костромской области исследования по изучению видового разнообразия, экологии люмбрицид и биоиндикации почвенной мезофауны антропогенных и фоновых биоценозов не проводились.

Впервые в городе Костроме и Костромской области были проведены комплексные исследования люмбрицид, изучена их эколого-фаунистичес-кая структура, разнообразие и распределение в различных биогеоценозах, включая биотопы, подверженные антропогенным воздействиям. В работе, по результатам проведенных исследований, отражена трофическая специфика люмбрицид, а также представлен сравнительный анализ сезонной динамики комплексов семейства ЬитЬпа(1ае исследованных биотопов. В работе дана сравнительная характеристика биоценотического сходства таких типов сообществ, как березняк, смешанный лес и агроценоз, что позволило сделать выводы о степени сходства гидротермического, химического и биологического режимов сравниваемых почв, а также о связи физико-химических свойств почв с биоразнообразием и закономерностями распределения люмбрицид в сравнении с другими представителями педомезобионтов в почвенном профиле.

Практическая и теоретическая значимость работы. Полученные результаты исследований комплексов люмбрицид расширяют представления о педофауне в биоценозах города Костромы и Костромской области и могут быть использованы при разработке экологического мониторинга городских и пригородных экосистем.

Материалы исследований люмбрицид в комплексе с другими представителями педомезофауны интересны в целях биоиндикации нарушений почвенно-экологических условий в результате рекреационных воздействий и могут быть использованы для прогнозирования экологического состояния сообществ.

Результаты исследований могут быть использованы в перспективе для разработки мероприятий управления сообществами в области охраны природы, в лесном и аграрном хозяйстве.

Основные сведения диссертации использованы в курсах лекций по общей экологии, при изучении экологии Костромской области, а также при проведении учебно-полевых практик по зоологии беспозвоночных для студентов естественно-научных отделений ВУЗов. Данные диссертационной работы использованы в разработке методических рекомендаций для студентов при проведении учебно-полевой практики по зоологии беспозвоночных и экологии.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Видовой состав и структура доминирования люмбрицид в биоценозах с разной степенью антропогенного воздействия.

2. Соотношение количественных показателей основных представителей почвенной мезофауны в зависимости от параметров почвенных условий и степени антропогенной нагрузки.

3. Трофическая структура педомезобионтов и морфо-экологическая характеристика люмбрицид как показатели изменения почвенных условий под влиянием природных и антропогенных факторов.

4. Оценка активности и распределения люмбрицид в почвенном профиле в зависимости от содержания органики и гидротермических условий.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы представлялись на международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе» (Кострома, 2007, 2008 гг.), «Materialy IV mezinarodni vedecko - prakticka conference «Efektivni nas-troje modernich - ved - 2008» г. Прага.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 21 рисунок и 14 таблиц. Работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка, использованной литературы. Список литературы включает 102 наименования, в том числе иностранной литературы.

Выражаю благодарность за научное консультирование при выполнении данной работы научному руководителю доктору биологических наук, профессору Барышеву Александру Александровичу; коллегам кафедры зоологии и географии Костромского государственного университета имени Н.А.Некрасова.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В литературном обзоре обобщены сведения отечественных и зарубежных авторов о роли люмбрицид в деструкции органического вещества почвы. Выявлен ряд показателей почвенных условий, индикаторами которых могут выступать люмбрициды и другие различные группы педомезобионтов. Проанализированы особенности изменения видового состава и соотношения трофических групп в результате изменения почвенных условий.

Глава 2. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ

В главе рассмотрены особенности физико-географического положения Костромской области. Показаны основные особенности наиболее распространенных типов почв и растительных сообществ районов исследования.

Глава 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования проводились в течение шести лет (2005 - 2010 гг.) трижды за сезон, что позволило изучить сезонные колебания численности.

Учет почвенной мезофауны проводился общепринятым в почвенно-зоологических исследованиях методом почвенных раскопок (Гиляров, 1965).

Учет производился по следующим группам педомезобионтов: дождевые черви семейства 1лтк1пЫс1ае (до вида), многоножки, насекомые (до отряда). В ходе исследования изучен ряд показателей: видовой состав, плотность, биомасса, встречаемость и обилие различных групп педобионтов.

Учет почвенной мезофауны проводился в пригородных и городских экосистемах, среди которых в качестве объектов исследования выбраны лесные и агроэкосистемы.

Для выявления биоразнообразия педобионтов использованы определительные таблицы Т.С. Всеволодовой-Перель (1997), В.Г. Матвеевой (1982, 1983), Б.М. Мамаева (1972).

Одновременно с изучением люмбрицид и других представителей почвенной мезофауны отобраны образцы почв с типичных пробных участков для изучения физико-химических свойств почв, для определения их влияния на плотность и структуру мезопедофауны. Исследования проведены по общепринятым методикам на базе испытательной лаборатории ФГУ ГСАС «Костромская».

Проведен корреляционный анализ изменений численности, соотношения основных групп педофауны, биомассы люмбрицид в связи с изменениями почвенных характеристик, для чего вычислялся коэффициент фенотипи-ческой корреляции в малочисленных выборках (Лакин, 1990).

Для определения диагностических возможностей почвенной мезофауны определен индекс видового разнообразия сообществ по Симпсону, индекс сходства двух сообществ.

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ЗЛ.Видовой состав люмбрицид различных биоценозов города Костромы и Костромской области

В почвах района исследования нами обнаружено 11 видов люмбрицид. Видовой состав и относительное обилие данной группы педобионтов представлено в таблице 1.

Наиболее распространенным по числу особей в большинстве исследованных нами биогеоценозов является род ЬишЬисиэ, среди представителей которых широко распространен Ь. гиЬеНш НоЯпшзгег, 1843, являющийся подстилочным видом, предпочитающий влажную, богатую перегноем почву. Распространение данного вида связано с лиственными породами. Так, в березняке и смешанном лесу Ь. гиЬеИш составил от 7,6 до 31 %. Однако малый красный червь отмечен и в агроценозах, что обусловлено, очевидно, относительно высоким содержанием гумуса. По результатам химического анализа почвы выявлено, что массовая доля органического вещества в данных биоценозах составила от 3,06 до 7,09 %.

Таблица 1

Относительное обилие люмбрицид в почвах исследованных биоценозов (%)

Пробные площади A.rosea E.fetida E.tetraedra L.rubellus L.castaneus L.terrestris O.lacteum D.rubidus tenuis A.caliginosa A.longa D.octaedra

Березняк, г. Кострома 23,4 9,1 - 18,8 13,1 - - 23,9 - 11,7 -

Смешанный лес, г. Кострома 9,7 - - 8,2 12,4 10,6 12,4 17,6 - - 19,1

Агроценоз, г. Кострома 13,7 9,2 - 4,9 11,9 21,8 + + 14,1 4,3 -

Агроценоз, в 10-ти км от г. Костромы 21,4 8,1 - 22,5 6,1 19,3 - 11,4 10,1 7,00 -

Березняк, Красносельский район 22,9 12,29 - 2,6 9,45 + - 14,6 16,3 + 10,9

Смешанный лес, Красносельский район 11,6 - - 6,1 29,4 11,6 - + 13,9 - 22,2

Смешанный лес, Антроповский район 16,7 9,4 - 7,6 7,12 18,2 11,9 + 7,8 10,9 9,4

Агроценоз, Антроповский район 37,7 - - + + - 26,9 + - - 35,4

Смешанный лес, Макарьевский район 20,1 - - 30,5 14,7 + 12,2 - + - 22,6

Березняк, Макарьевский район 28,5 - 17,9 0,9 - - + 22,8 - + -

Примечание к таблице: «+» - единичные экземпляры.

L. terrestris Linnaeus, 1758 также предпочитает почвы, богатые перегноем. Данный вид нами не зарегистрирован в березняке вблизи завода и в пойме реки Унжа Макарьевского района. Проведенный химический анализ почвы позволяет сделать следующее предположение: отсутствие данного вида в первых двух биоценозах может быть связано с тем, что в их почвах отмечается относительно низкое содержание гумуса — 3,52 - 3,53 % и содержание влажности - до 13,03 %.

В почвах большинства обследованных биоценозов, за исключением березняка Макарьевского района, отмечен вид L. castaneus (Savigny, 1826), отсутствие которого в березняке Макарьевского района вероятно обусловлено низкой влажностью почв, которая составила здесь 3,52 %, так как данный вид предпочитает наиболее влажные почвы. Наибольшая встречаемость данного вида зарегистрирована в биоценозах смешенного леса и в березняке, где отмечены высокие показатели влажности от 10,2 до 26,76 %. Невысокий процент рассматриваемого вида, выявленный нами на уровне 6,1% и в агро-ценозе, который находится в 10-ти км от города Костромы, где содержание влажности составило 3,06 %.

В большинстве городских биотопов зарегистрирован вид - Е. fétida (Savigny, 1826). Результаты исследования по этому виду полностью совпадают с данными ряда других авторов по изучению биоразнообразия люмбри-цид в Московской области (Матвеева, Носова, 1983).

Редко встречается Е. tetraedra (Savigny, 1826). В ходе исследований данный вид обнаружен только в березняке Макарьевского района в бассейне реки Унжа. По результатам исследования люмбрицид Московской области данный вид был обнаружен только по берегам водоемов и в заболоченных почвах.

В Костромской области род Aporrectodea представлен видами A. caliginosa caliginosa, A. longa и A. rosea. Один из наиболее распространенных, A. rosea (Savigny, 1826) обнаружен во всех обследованных биоценозах, почвы которых отличаются по механическому составу, степени влажности и обогащенности органикой, что говорит об эврибионтности данного вида. Широкое распространение данного вида обусловлено его экологическими особенностями.

В городских биогеоценозах выявлен вид A. longa (Ude, 1926), который составил от 4,3 до 11,7 % от общего числа педобионтов. В большинстве же пригородных ценозах отмечены только единичные экземпляры данного вида. В то время как A. caliginosa caliginosa (Savigni, 1826), наоборот, в черте города встречается редко, обнаружен нами только в агороценозе, где составил до 14,1% от числа педобионтов, так как предпочитает почвы, богатые перегноем.

Достаточно низкая встречаемость вида О. lacteum Oerley, 1885, который способен к обитанию в переувлажненных почвах и перенесению длительного периода дефицита кислорода. Так, в черте города Костромы данный вид зарегистрирован только в смешанном лесу, где влажность почвы в исследуемый период составила 25,78 %.

Таким образом, видовой состав люмбрицид различается в разных биотопах, что обусловлено физико-химическими параметрами почв и экологическими особенностями конкретного вида.

3.2.Количественный состав почвенной мезофауны в различных типах экосистем

Структура доминирования мезофауны по численности в почвах объекта исследования различна в контрольных, слабонарушенных и в городских, антропогенно преобразованных экосистемах. Встречаемость основных групп педомезобионтов представлена в таблице 2, из которой видно, что супердоминантами являются люмбрициды, но их процент от общего числа найденных видов в исследованных биоценозах отличается.

Таблица 2

Встречаемость основных групп мезофауны в почвах биогеоценозов го-

рода Костромы и Костромского Заволжья (%)

Пробные площади Группа педобионтов Мезофауна (экз/м2)

ЬитЬпаёае ЕпсЫ1гае<1ае Мтарос1а 1пБес1а

1 55,4 6,3 14,2 24,01 12,66

2 55,5 10,6 20,7 15,4 26

3 71,6 4,5 8,6 15,3 19,96

4 68,3 6,7 13,6 11,4 13,38

5 55,9 + 20,03 24 12,48

6 51,9 8,9 29,4 9,7 10,26

7 55,2 7,3 18,8 18,7 13,92

8 34,2 9,2 23,7 32,9 7,6

9 78,1 10,4 + 11,5 7,14

10 51,04 23,6 11,6 14,5 4,82

Примечание к таблице: 1- березняк вблизи завода «Силикатный» г. Кострома; 2 - смешанный лес «Берендеевка» в черте г. Костромы; 3 - агроценоз в черте г. Костромы; 4 - агроценоз в 10-ти км от г. Костромы; 5 - березняк в Красносельском районе; 6 - смешанный лес в Красносельском районе; 7 - смешанный лес в Антроповском районе; 8 - агроценоз а Антроповском районе; 9 - смешанный лес в Макарьевском районе; 10 - березняк в Макарьевском районе.

«+» - единичные экземпляры.

В фоновых биотопах дождевые черви (ЬитЬпс1с1ае) составили от 34,2 до 78,1 %. Субдоминанты - личинки и имаго насекомых (ТпБейа) составили до 32,9 %, энхитреиды (ЕпсЬу^аеёае) - 9,2 - 23,6 %, многоножки (Мшароёа) до 23,6 % (от общего обилия педобионтов).

В городских биоценозах численное обилие дождевых червей составило 55,4-71,6 %, многоножек 8,6 - 20,7 %, личинок и имаго насекомых 15,3 - 24 %, энхитреид 4,5- 10,6 %.

В слабонарушенных биоценозах, находящихся в окрестностях города Костромы дождевые черви составили от 51,6 до 68,9 % от общего обилия педобионтов, многоножки - 13,6 - 29,4 %, насекомые - 9,7 - 24 % и энхитре-иды - 6,7 - 8,9 %.

В нарушенных биоценозах дождевые черви остаются супердоминантной группой, главным образом, за счет высокого процента любрицид в пределах биотопа, где постоянно ведется выращивание кормовых культур. В агроценозе также, наблюдался высокий процент и личинок насекомых (преимущественно Е1а1епс!ае), которые составили 19,4 % от числа педобионтов в городских биоценозах и 4,6 % от числа педобионтов в данном биоценозе, так как они создают дополнительную кормовую базу для данной группы животных. Обилие личинок Е1а1епс1ае отмечается и в тех биотопах, в почвах которых отмечено сравнительно большое содержание токсичных элементов, таких как мышьяк и свинец. Это, вероятно, обусловлено их большей устойчивостью к загрязнению в связи с малой проницаемостью покровов, а также с особенностью питания «отжатым» клеточным соком, содержащим значительно меньше тяжелых металлов, чем клеточные стенки растений.

Обилие энхитреид в биоценозах, подверженных антропогенным нагрузкам, составило 6,5 % от числа педобионтов в биоценозах, находящихся в черте города, и 13,9 % от числа педобионтов фоновых биоценозов.

В слабонарушенных биотопах, по сравнению с рекреационными, многоножки составили больший процент, число их возросло до 17,3% от общего числа педобионтов в этих биоценозах.

Таким образом, в городских и фоновых биоценозах абсолютными доминантами являются люмбрициды, составляющие 59,3% от общего числа обнаруженных нами представителей почвенной мезофауны. Субдоминантной группой, уступающей по численности, в городских биоценозах являются личинки и имаго насекомых (19,5 %), а в пригородных - многоножки (17,3 %). Это объясняется тем, что в нарушенных биогеоценозах подстилка большей частью маломощна и фрагментарна вследствие антропогенных нагрузок.

Наименьшее видовое разнообразие было отмечено в почвах березняка Ма-карьевского района. В данном биотопе выявлено 5 видов люмбрицид. Индекс разнообразия Симпсона в данном биоценозе составил 0,56 (рис. 1) В результате изучения основных физико-химических параметров почв было обнаружено, что здесь отмечается самое низкое из всех обследованных нами пробных площадей, содержание гумуса, которое составило 3,52±0,53 %, а влажность -13,03±1,3 %.

В то же время, в черте города Костромы выявлено 10 видов дождевых червей. Наибольшее число видов выявлено в смешанном лесу (7 видов) и агроценозе (9 видов). В березняке вблизи завода, по сравнению с другими городскими биоценозами выявлено наименьшее число видов люмбрицид.

Такое разнообразие дождевых червей в агроценозе можно объяснить тем, что содержание гумуса в данном биотопе и влажность почв значительно выше

по сравнению с почвами в березняке. Химический анализ почв в данном биоценозе показал, что содержание гумуса составляет 7,09 %, а влажность 25,42 %. Тогда как, содержание гумуса в почвах березняка - 3,53±0,53 %, влажность - 10,2 %. При исследовании почв смешанного леса в пределах города Костромы, также выявлены достаточно высокие показатели влажности и содержание органического вещества в почве. Однако данный объект подвержен большим антропогенным нагрузкам рекреационной зоны и автодороги. В городских биогеоценозах, по сравнению со слабонарушенными, зарегистрированы более высокие показатели содержания в почве токсичных элементов таких как свинец, мышьяк, кадмий и ртуть (табл.3). Согласно результатам химического анализа, кислотность почв большинства городских биоценозов составляет от 5,6 до 6, что характерно для окультивированных дерново-подзолистых почв.

Биоценозы

Рис. 1. Изменение индекса видового разнообразия Симпсона почвенной мезофауны в почвах исследованных биоценозов

Таблица 3

№ пробной площади Свинец Кадмий Мышьяк Ртуть

1 16,5± 0,15*** 0,29±0,0026*** 3,05±0,12*** 0,062±0,0124**

2 8,7±0,11*** 0,11±0,001*** 3,4±0,11*** 0,0225±0,0045

3 17,3±0,22*** 0,19±0,0017*** 2±0,08*** 0,0185±0,0037

4 14.2±0.18*** 0,27±0,0024*** 3,1±0,07*** 0,057±0,0114***

5 56±0,71*** 0,35±0,0032*** 2,65±0,05*** 0,333±0,0666***

6 12,7±0,12*** 0,24±0,0021*** 1,61±0,03*** 0,078±0,015**

Примечание к таблице. Образец 1 - смешанный лес Макарьевского района, образец 2 - березняк Макарьевского района, образец 3 - березняк вблизи завода «Силикатный кирпич» город Кострома, образец 4 - агроценоз в 10-ти км от города Костромы, образец 5 - агроценоз в черте города Костромы, образец 6 - смешанный лес «Берендеевка».

При почвенно-зоологических исследованиях важным является выявление наличия тяжелых металлов в почве, так как многие из них накапливаются в подстилке, отрицательно влияя на жизнедеятельность почвенных организмов, осуществляющих ее разложение. Определение наличия свинца, кадмия, мышьяка и ртути, в почвах ряда пробных площадей показали, что содержание данных токсичных элементов находится в пределах чувствительности метода контроля (табл.3). Однако концентрация тяжелых металлов в почвах исследованных биогеоценозах сильно отличается. Так, максимальное содержание свинца и кадмия отмечается в почвах агроценоза, находящегося в пределах города Костромы. Содержание свинца в почвах данного биоценоза (таблица 6), составило 56±0,71 мг/кг, а кадмия - 0,35±0,0032 мг/кг. Данный факт связан, очевидно, с захоронением различных бытовых отходов в связи с отсутствием системы их утилизации на протяжении многих лет. В почвах березняка вблизи завода «Силикатный» и в агроценозе, находящегося в 10-ти километрах от города Костромы выявлено максимальное количество мышьяка, а в парке «Берендеевка» высокое содержание ртути, которое достигло концентрации 0,78±0,015 мг/кг. В городских биоценозах подстилка наиболее подвержена антропогенному воздействию, к накоплению загрязняющих веществ, в частности, тяжелых металлов и виды, здесь обитающие, оказываются наиболее чувствительными. Поэтому в городских биоценозах выявляется небольшой процент подстилочных форм, достигший порядка 27,2 %.

В ходе исследований установлены доверительные различия по содержанию свинца, кадмия и мышьяка в почвах контрольных и городских биогеоценозов. Не выявлены доверительные различия по содержанию в почвах такого токсичного элемента как ртуть.

В результате проведенного корреляционного анализа установлено, что Ьшп-Ьпс1с1ае проявляют корреляцию с такими параметрами почвы, как содержание органического вещества, кислотность, а также влажность почв (табл. 4).

Ведущими параметрами распределения энхитреид в почвах является ее влажность и содержание органического вещества. Однако в результате исследований по данной группе педомезобионтов не отмечено статистической достоверности коэффициента корреляции между числом энхитреид и рассмотренными параметрами почвы. Наибольшее число этой группы педоби-онтов обнаружены в биотопах, где влажность почвы составляет 25,78±2,78 и 13,03±1,3 процента соответственно. Рядом исследователей отмечается, что жизнедеятельность почвенной биоты, в частности численность энхитреид и ЬитЬпс1с1ае, подавляется при подкислении почвы, что обусловливает, таким образом, тормозящее действие на деструктивные процессы. Положительная корреляция по кислотности почвы нами выявлена только для ЬитЬпаске. Так, в смешанном лесу Макарьевского района зарегистрировано снижение численности дождевых червей. При химическом анализе почв данного биоценоза реакция рН составила 4,9.

В ходе исследований нами установлены доверительные различия по численности педомезобионтов и показателем содержания органического вещества в почве по всем изученным группам педобионтов, за исключением люмбри-цид. Однако выявлены доверительные различия по данной группе почвенной мезофауны по показателю биомасса. Следовательно, биомасса люмбрицид является более важным показателем почвенных условий (табл.5).

Таблица 4

Коэффициенты корреляции (r±m) изменений численности педомезоби-

онтов и почвенными параметрами

Группа педобионтов Гумус Влажность рн

Lumbricidae 0,48±0,07*** 0,344±0,09** 0,47±0,0795***

Enchytracdae 0,173±0,099 0,06±0,01 -0,48±0,079***

Diplopoda 0,316±0,092** 0,415±0,085*** - 0,276±0,09

Chilopoda -0,069±0,01*** -0,4±0,069*** 0,198±0,004***

Insecta 0,432±0,083*** 0,089±0,01*** 0,267±0,095*

* - Р > 0,95; **-Р> 0,99; *** - Р > 0,999. Таблица 5 Коэффициенты корреляции между биомассой ЬитЬгкп(1ае и почвенными параметрами

Группа педобионтов Гумус Влажность РН

г±ш г±ш r±m

Lumbricidae 0,532±0,073*** 0,29±0,093* 0,77±0,04***

* - Р>0,95; **- Р>0,99; *** - Р>0,999.

Распространение диплопод зависит от содержания гумуса, влажности и кислотности почвы. Губоногие многоножки, по результатам проведенного корреляционного анализа, проявляют связь только с кислотностью почвы, что обусловлено их образом жизни.

Установлено, что численность личинок насекомых увеличивается в слабонарушенных экосистемах. Так, в городских биоценозах личинки насекомых составили 9,85%, а в пригородных до 13,5% от общего числа обнаруженных педомезобионтов. В городских биоценозах основная масса личинок насекомых приурочена к биоценозам с развитым травянистым ярусом, где преобладают личинки щелкунов и двукрылых. Элатериды, по природе фитофаги, хорошо чувствуют себя в почвах, где есть достаточно развитая кормовая база, то есть большое количество корней и корневищ травянистых растений. Поэтому в биотопах 10 и 8 щелкуны встречаются редко, к тому же данные биоценозы сильно подвергаются вытаптыванию.

Жужелицы встречены как в личиночной, так и в имагинальной фазе и составили до 5,7% от всего комплекса почвенной биоты и до 24,5% от общего чис-

ла выявленных насекомых. Просматривается также положительная корреляция с показателями кислотности и содержания органического вещества в почвах.

Таким образом, широко распространенной группой педомезофауны исследованных биогеоценозов являются дождевые черви, распределение и численность которых в разных экосистемах преимущественно определяется почвенно-экологическими условиями, в том числе и физико-химическими свойствами почв.

3.3 Трофическая структура почвенной мезофауны Костромы и Костромского Заволжья

В почвах исследованных биогеоценозов Костромы и Костромского Заволжья среди почвенной мезофауны обнаружены представители всех типов пищевой специализации. Наиболее многочисленной группой являются сапро-фаги, которые составили до 71 % от общего числа педобионтов (рис. 2).

123456789 10 Биоценозы

Рис.2. Соотношение трофических групп почвенной мезофауны в различных

биогеоценозах

Среди ЬитЬпас1ае выявлены разные морфо-экологические группы, соотношение которых различно в городских и пригородных биоценозах (рис. 3).

Установлено, что в направлении пригородных экосистем доля подстилочных форм увеличивается с 27 % до 37,6 %. Это обусловлено тем, что мощность подстилки в данных биогеоценозах увеличивается и она меньше подвержена рекреационным нагрузкам. Почвенно-подстилочные формы более влаголюбивы, поэтому наибольшее их число установлено в тех биотопах, где влажность почв составила от 14,66±1,47 до 26,76±2,68 %, а это одни из высоких показателей среди обследованных почв. Собственно-почвенные формы люмбрицид также встречаются как в городских, так и в пригородных биогеоценозах, что, очевидно, связано с меньшим колебанием почвенных и климатических условий. Однако отмечена тенденция увеличения данной морфо-экологической группы в направлении фоновых биогеоценозов.

I 11

собств-почвенные норники

почв-подстилочные

подстилочные

городские фоновые пригородные

Рис. 3. Соотношение морфо-экологических групп люмбрицид в почвах исследованных биогеоценозах

Почвенно-подстилочные формы более влаголюбивы, поэтому наибольшее их число установлено в тех биотопах, где влажность почв составила от 14,66±1,47 до 26,76±2,68 %, а это одни из наиболее высоких показателей среди обследованных почв. Норники встречены как в городских, так и в пригородных биоценозах, предпочитая хорошо дренированные почвы, однако в городских биоценозах они составляют порядка 13,6%. Собственно-почвенные формы люмбрицид также встречаются как в городских, так и в пригородных биогеоценозах, что, очевидно, связано с меньшим колебанием почвенных и климатических условий. Однако отмечена тенденция увеличения данной морфо-экологической группы в направлении фоновых биогеоценозов. Так, собственно-почвенных форм, в городских биотопах выявлено до 30 %, в пригородных - до 33%, а в фоновых - до 39 % от общего числа выявленных представителей семейства ЬитЬпаёае.

В почвах исследованных биоценозов фитофаги составили от 7,1 до 14,5 % от общего числа педомезобионтов. Их доля возрастает в тех биогеоценозах, где хорошо развит напочвенный травяной покров.

Из данных представленных на рисунке 2 выявлено, что во всех исследуемых биоценозов хищники не являются доминирующей группой. Однако в городских биотопах максимальная их доля отмечается в санитарной зоне завода, где хищники составили 24,8% от числа педобионтов. В большинстве исследованных пригородных биоценозах хищники составили от 8,8 до 21 %, что обусловлено, вероятно, увеличением доли органического вещества, а также снижением антропогенной нагрузки.

Соотношение численности сапрофагов и хищников может служить индикатором нарушенности экосистемы, в ненарушенном биоценозе доля сапрофагов достигает до 60-70 % от суммарной численности хищников и сапрофагов (Гиля-ров, 1975). Нами выявлено, что в городских и фоновых биоценозах доминирующей группой являются сапрофаги, которые составили от 81,9 % до 88,9 % от суммарного числа хищников и сапрофагов. Однако на долю хищников в нарушенных биоценозах приходится 18,1 %, а в фоновых зоофаги составили только 16 %.

Таким образом, в зависимости от почвенно-растительных условий меняется соотношение морфо-экологических групп педобионтов. Учитывая, что сапрофаги тесно связаны с показателями состава и обилия подстилки как объекта питания, они одни из первых реагируют на антропогенные воздействия. Снижение доли сапрофагов может служить показателем нарушеннос-ти экосистемы. Периодическое же нарушение и уничтожение растительного покрова в первую очередь сказывается на фитофагах.

3.3. Сезонная динамика люмбрицид

При изучении сезонной динамики люмбрицид отмечен тот факт, что изменения числа особей данной группы сопряжены с сезонными колебаниями гидротермических условий и динамикой поступления и разложения органики в почвенных экосистемах. Среднее изменение численности за весь период исследования основных групп педобионтов в течение вегетационного периода представлено на рисунке 4 на примере смешанного леса.

Смешаный лес Макарьевский район Смешаный лес город Кострома

Рис. 4. Сезонное соотношение численности почвенной мезофауны При изучении сезонной динамики других групп почвенной мезофауны наблюдалось два пика активности - в конце мая - начале июня и в конце августа.

Нами выявлены особенности сезонных миграций дождевых червей в различных биогеоценозах. Так, в ходе исследования установлено, что в почвах смешанного леса сезонные колебания данной группы педобионтов более сглажены, чем в березняке или агроценозе. Однако и здесь при длительном отсутствии дождей наблюдался уход червей в более глубокие слои почв. Изменение числа люмбрицид в разные периоды вегетационного сезона в березняке и смешанном лесу представлено на рисунке 5.

В течение сезона происходит перераспределение численности почвенных беспозвоночных между подстилкой и собственно почвой. В частности, наблюдаются сезонные вертикальные миграции дождевых червей, энхитреид и личинок насекомых. Исследования показали, что весеннее прогревание почвы, а также поступление растительных остатков с помощью почвенной биоты приводит к смещению вглубь почвы зоны активности сапрофагов. Так, в мае в слое почвы

от 10 до 25 см их доля составила 46 - 50 %, а в июле уже 70 - 96,7 % от общего числа педобионтов. Фитофаги также мигрируют вниз по почвенному профилю. Доля зоофагов в этот период увеличивается в верхних горизонтах почвы.

Смешаный лес «С Березняк

Рис. 5. Сезонное соотношение численности дождевых червей в различных

биотопах

Значительную долю в трофической структуре подстилки и верхнем почвенном горизонте составляли сапрофаги и в августе, что обусловлено снижением температуры и новым поступлением органического вещества. Зоофаги в этот период перемещались вглубь почвы, что очевидно связано с подготовкой к холодному периоду.

Таким образом, установлено, что миграция люмбрицид обеспечивает пребывание их в более благоприятных условиях, при которых они могут активно функционировать в течение всего вегетационного периода. Максимальная активность основных групп почвенной мезофауны отмечается во время наиболее благоприятного соотношения между температурными условиями и влажностью.

Глава 4. ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ КОМПЛЕКСОВ ПОЧВЕННОЙ МЕЗОФАУНЫ

В последнее время получили распространение сравнительные исследования сообществ с использованием разных показателей обилия отдельных представителей почвенных беспозвоночных. Большинство методов основано на определении индексов общности (сходства) педофауны сравниваемых биогеоценозов. Сравнение экологических условий местообитаний позволяет определить те ведущие факторы почвенной среды, от которых зависит степень общности почвенного населения (Гиляров, 1965).

Используемый нами подход при сравнении различных почвенных экосистем основан на предположении о том, что почва как объект определяется совокупностью факторов, в качестве которых наряду с физико-химическими

свойствами, такими как состав элементов, сложение, плотность, выступают биологические компоненты.

В ходе проведенных исследований выявлено, что наиболее полно почвенные параметры может охарактеризовать группа дождевых червей. Это подтверждается их количественным обилием и высокой степенью доминирования (от 34 до 78 %), а также взаимосвязью с основными почвенными параметрами и разнообразием морфо-экологических форм, приспособленных к обитанию в различных горизонтах почвы.

На основе коэффициента Жаккара по методу Маунтфорда проведен кластерный анализ, в результате которого нами построена дендрограмма сходства почв исследованных биогеоценозов по видовому составу дождевых червей.

В результате исследования выявлено разделение общей совокупности пробных площадей на две группы. Первую группу составляют почвы биоценозов, большинство которых значительно удалены от города Костромы и отличались относительно слабой нарушенностью подстилки. Анализ почв данных биотопов показал высокие показатели влажности и долю органического вещества. Вторая группа представлена почвами пробных площадей, находящихся в черте города, где также отмечены благоприятные условия для распространения люмбрицид. Однако зарегистрировано и значительное содержание в почвах свинца, кадмия и мышьяка.

Показательным в отношении степени нарушенности экосистем является и коэффициент доминирования Симпсона. Максимальные показатели доминирования среди исследованных городских биогеоценозов характерны для аг-роценоза, где коэффициент доминирования составил 0,624. Из пригородных же биотопов наибольшее значение данного показателя характерно только для смешанного леса, находящегося в Макарьевском районе, что обусловлено, вероятно, физико-химическими параметрами почвы.

Таким образом, распределение комплексов почвенных беспозвоночных тесно связано с физико-химическими свойствами почв, среди которых ведущими является влажность, тип почв и массовая доля органического вещества. Этим обусловлено использование зоологических параметров почв в качестве дополнительного критерия при установлении сходства почвенных экосистем.

ВЫВОДЫ

1. В почвах города Костромы и Костромского Заволжья обнаружено 11 видов семейства ЬитЬпас1ае, являющиеся наиболее представительной группой педомезобионтов, видовой состав которых в исследованных биогеоценозах различен, что обусловлено специфичностью экологических факторов.

2. Выявлена положительная корреляция характеристик зооценоза с влажностью, почвенным рН и содержанием гумуса. Установлено, что биоразнообразие и количественная представленность почвенной мезофауны определяется и степенью нарушенности экосистем.

3. Соотношение морфо-экологических групп люмбрицид различно в городских и пригородных биоценозах. Установлено изменение соотношения морфо-экологических групп и сокращение доли сапрофагов в трофической структуре городских биогеоценозов.

4. Сезонные колебания гидротермических параметров почвы определяют активность и сезонные вертикальные миграции педомезобионтов, а также динамику соотношения трофических групп в течение вегетационного периода.

5. Зоологические характеристики почв в совокупности с корреляционной взаимосвязью, могут служить дополнительным критерием при установлении сходства и состояния почв различных наземных экосистем.

Список работ, опубликованных по теме диссертации В рецензируемых журналах:

1. Соколова T.JI. Влияние антропогенного фактора на видовое разнообразие дождевых червей (Oligochaeta, Lumbricidae) // Вестник Костромского государственного университета имени H.A. Некрасова. Кострома: КГУ им. H.A. Некрасова, 2006. №4. С. 19-21.

2. Соколова T.JI. Влияние антропогенного фактора на численность и биоразнообразие почвенной мезофауны городских и фоновых биоценозов // Вестник Костромского государственного университета имени H.A. Некрасова. Кострома: КГУ им. H.A. Некрасова, 2006. №7. С. 16 - 18.

3. Соколова Т.Л. Соотношение трофических групп почвенной мезофауны как показатель состояния почв // Вестник Московского государственного областного университета. - М., 2009. №3. С. 57-59.

В сборниках научных трудов и вестниках вузов:

4. Соколова Т.Л. Численность и биоразнообразие почвенной мезофауны в различных биоценозах // «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе» Материалы 58-й межвузовской научно-практической конференции. Кострома: изд-во КГСХА, 2007. С. 172- 173.

5. Соколова Т.Л. Влияние физико-химических параметров почвы на численность и биоразнообразие почвенной мезофауны // «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе» Материалы 59-й межвузовской научно-практической конференции. Кострома: изд-во КГСХА, 2008. С. 73 - 75.

6. Соколова Т.Л. Почвенная мезофауна как объект рекреационных нагрузок // «Materialy IV mezinarodni vedecko - prakticka conference «Efektivni nastroje modernich - ved - 2008». Praha: Publishing House «Education and Science» s. r. o., 2008. C.27 - 30.

7. Соколова Т.Л. Влияние физико-химических свойств почв на биоразнообразие и численность дождевых червей // Вестник Костромского государственного университета имени H.A. Некрасова. Кострома: КГУ им. H.A. Некрасова, 2008. №2. С. 20 -21.

СОКОЛОВА ТАТЬЯНА ЛЕОНИДОВНА

БИОИНДИКАЦИОННАЯ РОЛЬ ЛЮМБРИЦИД ПРИ ОЦЕНКЕ ПОЧВ ГОРОДА КОСТРОМЫ И КОСТРОМСКОГО ЗАВОЛЖЬЯ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Подписано в печать: 01.08.2011 г. Формат 60x90 1/16 . Бумага офсетная. Усл.п.л. 1,0. Тираж 100 экз.

Отпечатано: Студия оперативной полиграфии «Авантитул» 156013, г. Кострома, пр-т Мира, 51. Тел.: (4942) 55-28-62

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Соколова, Татьяна Леонидовна

Введение.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Значение люмбрицид и других представителей почвенной мезофауны в деструкции органического вещества почв.

1.2. Люмбрициды как объект биоиндикации.

1.3. Трофическая структура почвенной биоты.

1.4. Эколого-биологическая характеристика почвенной мезофауны.

Глава 2. Физико-географическая и экологическая характеристика района исследования.

Глава 3. Объекты и методы исследований.

Глава 4. Результаты исследований

3.1. Видовой состав люмбрицид в различных биоценозах города Костромы и Костромской области.

3.2 Соотношение количественных и качественных показателей почвенной мезофауны в различных типах экосистем.

3.3 Трофическая структура почвенной мезофауны Костромы и Костромского Заволжья.

3.4 Сезонная динамика люмбрицид.

Глава 5. Диагностические возможности комплексов люмбрицид.

Глава 6. Обсуяедение результатов исследований.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Биоиндикационная роль люмбрицид при оценке почв города Костромы и Костромского Заволжья"

Актуальность темы. В условиях возрастающего антропогенного воздействия на окружающую среду в период научно-технического прогресса сохранение среды обитания человека возможно лишь при рациональном природопользовании и охране окружающей среды. Выполнение этих задач не возможно без регулярной информации о состоянии окружающей среды.

В почве протекают многочисленные процессы трансформации и миграции веществ, которые являются важнейшими звеньями биогеохимических круговоротов, осуществляющие связь между разными структурными компонентами биогеоценозов и биосферы в целом и определяющие их устойчивость (Гиляров 1965, 1987; Гришина, Копцик, Моргун, 1991; Криволуцкий, 1994).

Значение почвы в биосфере не только как субстрата для растений и животных, но и как области наиболее интенсивного протекания разнообразных химических реакций, связанных с живым веществом, отмечал еще В.И. Вернадский (1939). Обладая высокой ёмкостью поглощения, почва является главным аккумулятором, сорбентом и разрушителем токсикантов (Гришина, Копцик, Моргун, 1991). Почвенный покров выступает в .качестве геохимического барьера на пути миграции загрязняющих веществ, предохраняет сопредельные среды от техногенного воздействия. Однако возможности почвы как буферной системы небезграничны. Так, аккумуляция загрязняющих веществ различного происхождения в почве приводит к изменению ее химического, физического и биологического состояния, деградации и, в конечном итоге, разрушению. Эти негативные изменения неизбежно сопровождаются воздействием почв в первую очередь, на биоразнообразие, продуктивность биотического компонента и устойчивость биоценозов в целом [16, 23, 7, 38].

В почве обитают представители различных экологических групп животных - от физиологически водных до физиологически строго наземных, с различным спектром распространения, всех типов пищевых предпочтений (Гиляров, 1965, 1985; Криволуцкий, 1994).

Беспозвоночные - обитатели почвенного и подстилочного ярусов - уже в силу специфики самого места их обитания являются группой животных, в наибольшей мере испытывающей прямое и косвенное воздействие антропогенных нагрузок (Криволуцкий, 1985, 1987, 1994).

В то же время, почвенные животные являются чувствительным индикатором изменения наземных экосистем под воздействием не только антропогенных, но и различных природных факторов [25, 59, 4]. Одними из наиболее важных индикаторов состояния окружающей среды является почвенная мезофауна. Среди представителей педомезобионтов наиболее широко представленной группой и проявляющей чувствительность к техногенному воздействию являются люмбрициды. Это обусловлено тем, что данная группа организмов может взаимодействовать со многими компонентами своей экосистемы и почва для них выступает как среда обитания в целом.

Обычно почвенная мезофауна анализируется на уровне популяции. При этом традиционными показателями служат общая плотность педомезобионтов (плотность биомассы), видовое разнообразие, параметры трофической и таксономической структуры, вертикальное распределение.

Животное население само является важным компонентом почвенных сообществ, определяя направление почвообразовательного процесса и уровень почвенного плодородия (Гиляров, 1965, 1987; Перель, 1979), в котором, несомненно, огромная роль принадлежит люмбрицидам. Дождевые черви используют в пищу органические вещества, которые поступают на поверхность почвы в виде растительных остатков. В процессе пищеварения и метаболизма органические и минеральные соединения распадаются, образуя новые. Выделения данной группы животных значительно обогащают почвы зольными элементами, азотом, микроэлементами. Кроме непосредственной переработки растительного опада, они осуществляют и стимулирование активности микроорганизмов (Захаров, 1983).

Снижение биоразнообразия педофауны приводит к ослаблению уровня зоотических процессов и деградации почвенного покрова. Поэтому в современных условиях актуальным является вопрос об охране почвенной фауны, и, в первую очередь - почвообразователей. Эта задача должна решаться не только в отношении почвенных беспозвоночных на охраняемых территориях, но и в почвах, которые подвержены интенсивным антропогенным нагрузкам. Подобные исследования стали особенно актуальны в связи с необходимостью прогнозирования экологического состояния окружающей среды.

Многие исследователи говорят о том, что данные о совокупности обитателей почвы могут служить дополнительным критерием направления и тенденций изменения структуры сообществ под влиянием различных факторов (Гиляров, 1965; Дмитриенко, 1981; Лавров, 1987; Безкоровайная, 2001; и др.).

Таким образом, в условиях возрастающего влияния антропогенных нагрузок на природные экосистемы актуальным становится изучение-городских и естественных ландшафтов путем зоологического метода диагностики почв, в котором М.С. Гиляров (1965) выделил три основных направления: функционально-биоценотическое (исследования структуры и динамики биологического компонента); изучение реакции сообществ и отдельных видов на свойства почвы; ландшафтная индикация.

Представители семейства люмбрицид являются не только индикатором антропогенных воздействий на окружающую среду, но и индикатором почвенных условий (запас подстилки, обилие органических остатков, тип почвы). По мнению М.С. Гилярова (1982) одним из основных направлений развития почвенной зоологии с самого начала были изучение роли почвенных беспозвоночных в процессах почвообразования и поиски путей активизации их деятельности с целью повышения плодородия и продуктивности почв. Дождевые черви, обитающие в почве, играют ключевую роль в поддержании почвенного плодородия, обладая высоким биоразнообразием.

Состав и структура комплексов люмбрицид, как и других почвенных компонентов мезофауны Костромы и Костромского Заволжья, практически не изучены, что и послужило обоснованием выбора темы. Эти данные могут выявить направления трансформации биогеоценозов вблизи промышленного города. Зооценоз является чутким индикатором изменений условий среды обитания, а сообщества педобионтов являются, высокоинформативными индикаторами свойств и характеристик биогеоценозов под влиянием человека.

Цель исследований. Основной целью работы явилось изучение комплексов люмбрицид фоновых биогеоценозов и биогеоценозов, подверженных антропогенным воздействиям, их структуры и закономерностей распределения в почвах.

Исходя из этого, были поставлены следующие задачи:

1) выявить видовой состав люмбрицид различных биогеоценозов города Костромы и Костромской области;

2) оценить соотношение количественных показателей люмбрицид в почвах в сравнении с другими группами почвенной мезофауны;

3) выявить соотношение морфо-экологических групп люмбрицид и их место в трофической структуре комплексов педомезобионтов;

4) изучить сезонную динамику изменения количественных и качественных показателей представителей семейства ЬитЬпс1с1ае;

5) провести оценку состояния почвенной мезофауны различных биогеоценозов с использованием почвенно-экологических методов диагностики почв.

Научная новизна. В Костромской области исследования по изучению видового разнообразия, экологии люмбрицид и биоиндикации почвенной мезофауны антропогенных и фоновых биоценозов не проводились.

Впервые в городе Костроме и Костромской области были проведены комплексные исследования люмбрицид, изучена их эколого-фаунистическая структура, разнообразие и распределение в различных биогеоценозах, включая биотопы, подверженные антропогенным воздействиям. В работе, по результатам проведенных исследований, отражена трофическая специфика люмбрицид, а также представлен сравнительный анализ сезонной динамики комплексов семейства ЬшпЬпс1с1ае исследованных биотопов. В работе дана сравнительная характеристика биоценотического сходства таких типов сообществ как березняк, смешанный лес и агроценоз, что позволило сделать выводы о степени сходства гидротермического, химического и. биологического режимов сравниваемых почв, а также о связи физико-химических свойств почв с биоразнообразием и закономерностями распределения люмбрицид в сравнении с другими представителями педомезобионтов в почвенном профиле.

Практическая значимость работы.

Полученные результаты исследований комплексов люмбрицид расширяют представления о педофауне в биоценозах города Костромы и Костромской области и могут быть использованы при разработке экологического мониторинга городских и пригородных экосистем.

Материалы исследований люмбрицид в комплексе с другими представителями педомезофауны интересны в целях биоиндикации нарушений почвенно-экологических условий в результате рекреационных воздействий и могут быть использованы для прогнозирования экологического состояния сообществ.

Результаты исследований могут быть использованы в перспективе для разработки мероприятий управления сообществами в области охраны природы, в лесном и сельском хозяйстве.

Основные сведения диссертации использованы в курсах лекций по общей экологии, при изучении экологии Костромской области, а также при проведении учебно-полевых практик по зоологии беспозвоночных для студентов естественно-научных отделений ВУЗов. Данные диссертационной работы использованы в разработке методических рекомендаций для студентов при проведении учебно-полевой практики по зоологии беспозвоночных и экологии.

Апробация работы.

Материалы диссертационной работы представлялись на научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе» (Кострома, 2007, 2008), «Materialy IV mezinarodni vedecko - prakticka conference «Efektivni nastroje modernich - ved -2008» г. Прага.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Видовой состав, структура доминирования люмбрицид в разных биоценозах различна, что обусловлено как экологическими особенностями видов, так и физико-химическими параметрами почв.

21 Соотношение количественных показателей- основных представителей . почвенной мезофауны могут меняться в зависимости от параметров почвенных условий и степени антропогенной нагрузки в конкретном биогеоценозе.

3. Соотношение трофических групп педомезобионтов, а также морфо-экологических групп люмбрицид могут служить показателем изменения почвенных условий под влиянием как природных, так и антропогенных факторов.

4. Активность и распределение люмбрицид в почвенном профиле определяются содержанием органики и гидротермическими условиями почв.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 21 рисунка и 14 таблиц. Работа состоит из введения, шести

Заключение Диссертация по теме "Экология (по отраслям)", Соколова, Татьяна Леонидовна

Выводы

Таким образом, в результате исследования люмбрицид и других представителей почвенной мезо фауны нами были сделаны следующие выводы.

1. В почвах города Костромы и Костромского Заволжья обнаружено 11 видов семейства ЬшпЬпс1с1ае, являющиеся наиболее представительной группой педомезобионтов, видовой состав которых в исследованных биогеоценозах различен, что обусловлено специфичностью экологических факторов.

2. Выявлена положительная корреляция характеристик зооценоза с влажностью, почвенным рН и содержанием гумуса. Установлено, что биоразнообразие и количественная представленность почвенной мезофауны определяется и степенью нарушенности экосистем.

3. Соотношение морфо-экологических групп люмбрицид различно в городских и пригородных биоценозах. Установлено изменение соотношения морфо-экологических групп и сокращение доли сапрофагов в трофической структуре городских биогеоценозов.

4. Сезонные колебания гидротермических параметров почвы определяют активность и сезонные вертикальные миграции педомезобионтов, а также динамику соотношения, трофических групп в течение вегетационного периода.

5. Зоологические характеристики почв в совокупности с корреляционной взаимосвязью, могут служить дополнительным критерием при установлении сходства и состояния почв различных наземных экосистем.

Заключение

Почва является важнейшим компонентом биогеоценозов. Основу сообщества наземных экосистем составляют почвенные беспозвоночные, занимающие особое место в почвообразовании и трансформации органического вещества.

Почвенные беспозвоночные играют огромную роль в гумификации и минерализации растительных остатков, важна и структурообразующая роль педобионтов, а также участие в регуляции деятельности почвенных микроорганизмов.

Почвенные беспозвоночные являются чуткими индикаторами изменения наземных экосистем, под воздействием как природных, так и антропогенных факторов. Наблюдая за отдельными популяциями почвенных беспозвоночных можно получить ценную информацию о состоянии биоты и ее изменениях в результате воздействия тех или иных факторов. Так, люмбрициды как одна из наиболее многочисленных групп среди других представителей почвенной мезофауны могут выступать индикатором таких почвенных условий, как содержание гумуса и степень увлажненности почв.

При антропогенных воздействиях наблюдаются некоторые изменения в видовой и трофической структуре. В случае рекреационного влияния происходит уменьшение количества органического вещества, в видовой структуре снижается доля обитателей подстилки и верхних горизонтов почвы.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Соколова, Татьяна Леонидовна, Кострома

1. Анализ объектов окружающей среды. Методы изучения химических и физико-химических свойств почв./ сост. А.В.Ямчук, О.П. Акаев, Т.К.Акаева Кострома: КГУ им. Н.А.Некрасова, 2008. - 31с.

2. Афанасьева Т.В., Василенко В.И., Шеремет Б.В., Терешина Т.В. Почвы СССР. -М.: Мысль, 1979. 379 с.

3. Безбородое P.A., Халбаева P.A. Влияние дождевых червей на водопроницаемость почвы // Почвоведение, 1983, № 1. С. 64 66.

4. Безкоровайная И.Н. Биологическая диагностика и индикация почв. -Красноярск: Красноярск. Гос. аграр. ун-т, 2001. — 40 с.

5. Бессолицина Е.П. Ландшафтно-экологический анализ структурызооценозов юга Сибири. — Иркутск, 2001. 166 с.

6. Биоиндикация и биомониторинг. М.: Наука, 1991 - 288 с.

7. Бутовский P.O. Устойчивость комплексов почвообитающих членистоногих к антропогенным воздействиям. Автореф. дис. доктора биол. наук. — М.: 2001. — с. 44.

8. Вызова Ю.Б. Роль диплопод в круговороте кальция // Проблемы почвенной зоологии. — М.: Наука, 19801 С. 29 — 30.

9. Ю.Бызова Ю.Б. Дыхание почвенных беспозвоночных. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2007. — 328с.

10. П.Вернадский В.И. Проблемы биогеохимии. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1939. С. 1-34.

11. Воробейчик E.JL, Садыков О.Ф., Фарафонов М.Г. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем. — Екатеринбург: УИФ Наука, 1994. 279 с.

12. Всеволодова-Перель Т.С. Дождевые черви фауны России: Кадастр и определитель. — М.: Наука, 1997. — 102 е.: ил.

13. Галата Л.П., Каландадзе Н.И., Медведев Л.Н., Пузаченко Ю.Г. Почвенные беспозвоночные лиственных лесов Подмосковья // Проблемы почвенной зоологии. М.: Наука, 1980. С. 45-46.

14. Гельцер Ю.Г., Комовникова Т.Н. Биологическая активность лесных пЬчв // Генезис и экология почв Центрально-лесного государственного заповедника. — М.: Наука, 1979. С. 172 — 196.

15. География Костромской области / под ред. Безбородова В.Ф. — Кострома, 1995. 127 с.

16. Гиляров М.С. Зоологический метод диагностики почв. М.: Наука, 1965.-273 с.

17. Гиляров М.С., Криволуцкий Д.А. Радиоэкологические исследования в почвенной зоологии // Зоологический журнал, т. 50, 1971. С. 329-342.

18. Гиляров М.С., Стриганова Б.Р. Роль почвенных беспозвоночных в разложении растительных остатков и круговороте веществ // Зоология беспозвоночных. М.: ВИНИТИ, т. 5, 1978. С. 5 — 70.

19. Гиляров М.С. Почвенные беспозвоночные как показатели почвенного режима и условий среды // Биологические методы оценки природной среды. М.: Наука, 1978. С. 78 - 89.

20. Гиляров М.С., Криволуцкий Д.А. Жизнь в почве. — М.: «Молодая гвардия», 1985. 190 с.

21. Гиляров М.С. Особенности почвы как среды обитания и ее значение в эволюции насекомых. М-Л.: Изд. Академии наук• Европы. М.: Наука, 1987. С.7 - 17.

22. Гиляров М.С. Популяционная экология. М.: Изд-во МГУ, 1990. -190 с.

23. Гришина JI.A., Копцик Г.Н., Моргун JI.B. Организация и проведение исследований для экологического мониторинга. М.: Изд. Московского университета, 1991. - 82 с.

24. Горбунова Н.Н. Влияние дождевых червей на изменение структуры и химического состава торфяно-болотной почвы. // Биологическая диагностика почв. М.: Наука, 1976. С. 61 — 62.

25. Горлова О.П. Почвенные беспозвоночные Красноярска и его окрестностей. Автореф. дис. канд. биол. наук. Красноярск: 2000. -21 с.

26. Горностаев Г.Н. Насекомые СССР. М.: Наука, 1970, 348с.

27. Добровольский В.В. Теография почв с основами почвоведения. — М.: Гуманит.изд.центр ВЛАДОС, 2001. С. 201-212.

28. Душенков В.М., Макаров К.В. Летняя полевая практика по зоологии беспозвоночных: Учебное пособие для студентов высш. пед. учеб.заведений. М.: Изд. Центр «Академия», 2000. - 256 с.

29. Дмитриенко В.К., Сухинина Л.В. Особенности распределения педобионтов в таежных биоценозах нижнего Приангарья. // Биоценотические группировки таежных животных. Красноярск, 1978. С. 5-30.

30. Дмитриенко В.К. Компоненты почвенных беспозвоночных как показатель нарушения природной среды // Почвенная фауна и почвенное плодородие. — М.: Наука, 1987. С. 308 — 309.

31. Доклад об использовании природных ресурсов и состоянии окружающей среды1 Костромской области; в 1990-2003* гг. -Кострома, 2003. С. 46 158.

32. Доклад об использовании природных ресурсов и состоянии окружающей среды Костромской области в 2004-2006 гг. Кострома, 2006. С. 30 224.

33. Дончева A.B. Ландшафт в зоне воздействия промышленности. М.: 1978.-95 с.

34. Дылис Н.В. Межбиогеоценотические связи, их механизмы и изучение // Проблемы биоценологии. -М.: Наука, 1983. С.71 79.

35. Залесская Н.Т., Тихомирова Л.Л. Некоторые особенности распределения литобиоморфных многоножек в лесных подстилках // Материалы V Всесоюзного совещания «Проблемы почвенной зоологии». -Вильнюс, 1975. С.155 — 157.

36. Захаров A.A. Зоология муравьев // Зоология беспозвоночных. —М.: ВИНИТИ т. 7. 1983 С. 132-205.

37. Звягинцев Д.F., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. — М.: Изд-во Московского Университета, 2005, — 439 с.

38. Зражевский А.И. Почвенные беспозвоночные как фактор биологического круговорота веществ в лесной почве // Сов. По лесному почвоведению при ин-те леса —Киев, 1956. С. 13 -15.

39. Карпачевский Л.О., Воронин А.Д., Дмитриев Е.А., Строганова МЛ.,. Шоба C.Ä. Почвенно-биогеоценотические исследования в лесных биогеоценозах. — М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1980. 160 е., с ил. Библиография.

40. Клауснитцер Б. Экология городской фауны. М.: Мир, 1990; - 246 с.

41. Козловская Л.С. Характеристика фауны заболоченности лесных почв средней тайги // Почвоведение, № 8, 1959. С. 83 87.

42. Козловская Л.С. Почвенная фауна и сезонная динамика в заболоченных типах леса Кандиковского лесничества«, Вологодской области // Типы, леса ишочв; северной частив Вологодсьсой^ области; — М. и Л.: Труды ИЛиД, 1962.' С. 210-229.

43. Козловская. Л.С. Роль беспозвоночных в трансформации органического вещества болотных почв. Л. г Наука, 1976. — 211с.

44. Колесникова A.A., Таскаева A.A., Криволуцкий Д;А., Таскаев А.И. Состояние почвенной, фауны вблизи эпицентра подземного ядерного взрыва на Северном Урале // Экология. 2005, № 3. С. 171 179.

45. Количественные методы в почвенной зоологии. — М.: Наука, 1987, С. 9 26.

46. Коробов Е.Д. Относительное значение различных крупных почвообитающих беспозвоночных для индикации почвенных условий в биогеоценозах южной тайги. // Биологическая диагностика почв. М.: Наука, 1976. С. 123.

47. Криволуцкий Д.А. Основные направления современной почвенной зоологии. // Почвенная фауна Северной Европы. М.: Наука, 1987. С. 11-17.

48. Криволуцкий Д.А. Почвенная фауна в экологическом контроле. — М.: Наука, 1994.-272 с.

49. Кривошеина Н.П. Почвообитающие беспозвоночные основных типов леса Кандиковского лесничества Вологодской области // Влияние животных на продуктивность лесных биогеоценозов. — М.: Наука, 1966. С. 166-180.

50. Крылова Л.П. Некоторые особенности почвенной мезофауны почв средней тайги // Материалы V всесоюзного совещания «Проблемы почвенной зоологии». — Вильнюс: 1975. С. 192—193.

51. Курчева Г.Ф. Роль почвенных животных в разложении и гумификации растительных остатков. — М.: Наука, 1971. — 154 с.

52. Лавров М.Т. Применение почвенно-зоологических комплексов мезофауны для диагностики сосновых биогеоценозов или типов леса. // Почвенная фауна Северной Европы. — М.: Наука, 1987. С. 78 -84.

53. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990. — 352 с.

54. Майр Э. Популяции, виды и эволюция. -М.: Мир, 1974. 464 с.

55. Мамаев Б.М. Определитель насекомых по личинкам. М.: Просвещение, 1972. - 399 е., илл.

56. Матвеева В.Г., Носова Л.М. Дождевые черви (Oligochata, Lumbricidae) в почвах сосновых культур Подмосковья. // Фауна и экология почвенных беспозвоночных Московской области. — М.: Наука, 1983. С. 147- 155.

57. Машуров A.M., Черкащенко В.И. Учитывать генетические дистанции между породами при селекции. // Животноводство, № 2, 1987, С. 22-24.

58. Методы почвенно-зоологических исследований. Отв. Ред. Гиляров М.С. М.: Наука, 1975.-279 с.

59. Мигранов М.Г. Пиретроидные инсектициды и их влияние на почвенные организмы. Автореферат дисс. доктора биол. наук — Сыктывкар. 2000. — 42 с.

60. Мэгарран'Э. Экологическое разнообразие и его измерение. М.: Мир, 1992.-184 с.

61. Одум Ю. Основы экологии, под. ред. д.б.н. Н.П.Наумова М.: Мир, 1975.-617 с.

62. Оливериусова JI. Оценка состояния окружающей среды методом комплексной биоиндикации. // Биоиндикация и биомониторинг. — М.: Наука, 1991. С. 39-44.

63. Определитель обитающих в почве личинок насекомых. — М.: Наука, 1964.-239 с.

64. Определитель насекомых Европейской части СССР /под ред. Г.Я. Бей-Биенко М.: Наука, 1986, т. 2. С. 29 - 77

65. Перель Т.С. Распространение и закономерности распределения дождевых червей фауны СССР: — М-.: Наука, \919 271' с.

66. Почвенные беспозвоночные рекреационных ельников Подмосковья / под ред. А.А.Захаров, Ю.Б. Вызова, А.В.Уваров и др. М.: Наука, 1989-233 с.

67. Плохинский H.A. Биометрия. Новосибирск: Наука, 1961. - 364 с.

68. Поветлужье. Природа, население, хозяйство, экология. Новгород: Ассоциация «Поветлужье», 2004. - 384 с.

69. Покаржевский А.Д., Ван Страален Н.М., Филимонова Ж.Б., Зайцев A.C., Бутовский P.O. Трофическая структура экосистем и экотоксикология почвенных организмов. // Экология, № 3, 2000. С. 211 -217.

70. Почвенные организмы как элементы биоценоза. -М.: Наука, 1984. — 248 с.

71. Пшеничникова JI.C. Биоиндикация лесных экосистем. — Красноярск: Сиб.Гос.Технол. Ун-т, 2004. 110 с.

72. Пшеничникова Н.М. Влияние лесных полос и характера землепользования полей на энтомофауну межполосных пространств // Зоологический журнал, вып. 6, том XI,1961. С. 1364 — 1377.

73. Роднянская И.С. К вопросу о способности дождевых червей переносить высыхание. Учен. зап. МГПИ, вып. 6, 1957. С. 131 -149.

74. Руководство по энтомологической практике: Учеб.пособие / под ред. В.П. Тыщенко. — Л.: Изд. Ленинградского университета, 1983. — 23 с.

75. Ручин А.Б. Экология популяций и сообществ. М.: Издательский центр «Академия», 2006. С. 268 — 277.

76. Савин Ф.А., Гонгальский К.Б., Покаржевский А.Д. Необходимый объем выборки при учете численности и таксономического разнообразия крупных почвенных беспозвоночных в разных природных зонах // Экология, 2006, № 1. С. 39 44.

77. Соколов A.A. Значение дождевых червей в почвообразовании. — Алма-Ата: Изд-во АН Казахский ССР, 1956. 262 с.

78. Степанов А.М. Биоиндикация на уровне экосистем. // Биоиндикация и биомониторинг. — Mi: Наука, 1991. С. 59 — 63.

79. Стриганова Б.Р. Методы фиксации почвообитающих беспозвоночных // Методы почвенно-зоологических исследований. М.: Наука, 1975. С. 49-53.

80. Стриганова Б.Р. Питание почвенных сапрофагов. М.: Наука, 1980. -244 с.

81. Стриганова Б.Р. Методы фиксации, хранения и лабораторного содержания почвообитающих беспозвоночных // Количественные методы в почвенной зоологии. — М.: Наука, 1987. С. 72 — 87.

82. Стриганова Б.Р., Порядина Н.М. Животное население почв бореальных лесов Западно-Сибирской равнины. — М.: Товарищество научных изданий КМК, 2005. — 226 с.

83. Сукачев В.И. Основные понятия лесной биоценологии. -М.: Наука, 1964. С.2-49.

84. Тиунов A.B. Метабиоз в почвенной системе: влияние дождевых червей на структуру и функции почвенной биоты. Автореферат дисс. докт. биол. наук. М.: 2007. - 44 с.

85. Тихомирова A.JI. Учет почвенных беспозвоночных // Методы почвенно-зоологических исследований. М.: Наука, 1975. С. 78-85.

86. Фасулати К.К. Нолевое изучение наземных беспозвоночных. — М.: Высш. школа, 1971. 424 с.

87. Фауна и экология почвенных беспозвоночных Московской области. -М.: Наука, 1983,210с.

88. Шарова И.Х. Жизненные формы жужелиц. М.: Наука, 1981. - 360 с.

89. Хотько Э.И., Чумаков JI.C. Динамика численности почвообитающих беспозвоночных сосняков- центральной^ части Белоруссии // Проблемы почвенной зоологии — Киев 1980. С. 126 — 131.

90. Чекановская О.В. Дождевые черви и почвообразование. — M-JL: Издательство Академии наук СССР, i960 — 205 с.

91. Чернова Н.М. Экологические сукцессии при разложении растительных остатков. М.: Наука, 1977, 200с.

92. Чернова Н.М., Былова JI.M. Экология. М.: Просвещение, 2004. -280 с.

93. Шугалей JI.C., Семечкина М.Г., Яшихин Г.И., Дмитриенко В.К. Моделирование развития искусственных биогеоценозов. — Новосибирск: Наука, 1984. — 152с.

94. Шутов В.В., Шутова Н.В. Экологические проблемы природопользования. Кострома, 1996. - 182 с.

95. Byzova J.B. The dynamics of some blood indices in earthworms (Oligochaeta Lumbricidae) Rev. ecol. Etbid. Sol., № 3, 1974. P. 325 -332.

96. Byzova J.B. Same examples of the role of invernebratens in the formation of soil gssregime // Soil fauna and soil fertility. Moscow: Nauka, 1987. P. 12 128.

97. Dunger W. Die Bedeutung des Bodonfauna Streuzer-setzung // Bedeutung und Möglichkeiten der Faunistik und ocologie für Landschaftsplege und Naturschutz. Tagungsberichte, 1990. S. 99 114.

98. Freedman В., Hutchinson T.L. Smelter Pollution near Sudbury, Ontario, Canada and Effect on Forest Litter Decomposition // Effects of acid precipitation on terrestrial ecosystems. N.-Y.: Plenum Press, 1980. P. 395 -434.

99. Haimi J., HuhtaV. Effect of earthworms on decomposition prosses raw humas forest soil: А/ microcosm study. // Biol, and Fert. Soil, 1990, 10, №3. P.178- 183.

100. Methods of Soil Zoological Sudies Publishing House. M.: Nauka, 1975. P. 113-114.

101. Sears P.D., Evans L.T. The influence of red and white clovers superphosphate, lime and urihe on soil composition and on earthworm and grassgrub populations. — N.Z.J. Sei. Tech. Sect. A, 1953, 35, 1. p. 42 -45.