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

А. В. Соромотин

В статье содержатся сведения о структуре населения почвенных беспозвоночных мезофауны Среднего Приобья. На материалах многолетних исследований дается анализ влияния нефтяного загрязнения на комплексы почвенных беспозвоночных. Показано, что мезофауна почв по сравнению с фитоценозом и фауной мелких млекопитающих обладает повышенной чувствительностью к углеводородному загрязнению среды. Приводятся теоретические уравнения регрессии экспоненциального вида зависимости численности и биомассы почвенных беспозвоночных от концентрации нефти для зоны таежных лесов Среднего Приобья. Предлагаются индикаторные группы

В настоящее время при разработке мероприятий по снижению отрицательного воздействия нефтедобычи на природные комплексы большое внимание уделяется последствиям углеводородного загрязнения окружающей среды. Один из удобных объектов исследований - почвенные беспозвоночные, среди которых есть представители всех трофических групп гетеротрофных организмов. Общеизвестна четкая реакция педобионтов на изменения свойств почвы.

Материалы и методы

К мезофауне относятся крупные почвенные беспозвоночные, легко учитываемые при ручной разборке образцов грунта, такие как дождевые черви, многоножки, моллюски, имаго и личинки многих отрядов насекомых [I].

При проведении работ на территории разлива нефти, характеризующейся равномерным распределением загрязнителя, сходными лесорастительными условиями и однотипным микрорельефом, закладывали пробную площадь (100 м2). Для изучения абсолютных значений численности, биомассы и видового состава использовали наиболее универсальный и доступный способ учета - взятие почвенных проб 25 х 25 см с ручной послойной разборкой: лесная подстилка и далее через 5 см с повторностью от 10 до 50. Биомассу определяли по фиксированным в спирте беспозвоночным. В местах раскопок отбирали образцы почвы по интервалам глубин для определения содержания общего нефтепродукта. В сходных лесорастительных и почвенных условиях - в непосредственной близости от изучаемого разлива закладывали контрольную пробную площадь, на которой проводили работы в том же объеме, за исключением отбора образцов грунта. Отсутствие нефтепродуктов в почвах контроля определяли на месте с помощью хлороформа. Всего обследовано 20 разливов нефти, заложено 24 пробные площади, взято свыше 600 проб, учтено более 10 000 беспозвоночных.

Чтобы избежать чисто качественного подхода в определении дозы нефти, выражаемой иногда такими чисто технологическими понятиями, как "облигатная зона загрязнения", "факельная свеча", "порыв нефтепровода", не имеющими отношения к природе, под интенсивностью загрязнения понимается содержание общего нефтепродукта, выраженное в процентах от воздушно-сухой массы субстрата. Это позволяет реально оценить нагрузку токсиканта на биоценоз в конкретной точке в момент наблюдений, а для обработки материала использовать методы математической статистики.

Результаты и их обсуждение

Наиболее богата и многочисленна мезофауна в кедрово-зеленомошных лесах: за весь период наблюдений средняя численность превосходила аналогичный показатель в кедровниках долго-мошньгх и сосняках лишайниковых на 20,7 и 40,3 % соответственно, а биомасса - более чем в 10 раз (табл. 1). Большое распространение в регионе получили сфагновые леса и верховые болота, видовой состав мезонаселения которых значительно беднее при высокой общей численности, достигающей уровня в зеленомошниках.

Воздействие нефти и нефтепродуктов на комплексы мезофауны определяется в первую очередь интенсивностью загрязнения. Наибольшая гибель животных наблюдается в зонах с максимальным нефтяным загрязнением. Крупные беспозвоночные погибают при этом полностью [2-4]. Как показали исследования, нефтяное загрязнение резко отрицательно влияет на численность и биомассу мезофауны почв. Уравнение регрессии зависимости сохранности этих количественных характеристик сообществ беспозвоночных, выраженной в процентах от контроля, имеет вид:

у = ехр (а + bх).

Для таежных лесов Среднего Приобья значения коэффициентов следующие:

по численности:

а = 4,80 ± 0,35; b = -0,10 ± 0,01; коэффициент корреляции r = -0,86 ± 0,10 при Р < 0,001;

по биомассе:

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

Если сравнить чувствительность к нефти педобионтов и таких элементов таежных биоценозов, как живой напочвенный покров, подрост хвойных пород, а из консументов - мелких млекопитающих (мышевидные грызуны и насекомоядные), графики устойчивости которых показаны на рисунке, то очевидно, что мезофауна - один из наиболее чувствительных компонентов таежных экосистем к такому виду антропогенного воздействия. Снижение численности педобионтов наполовину вызывается 10 % -ным уровнем содержания нефти в лесной подстилке, тогда как соответствующее уменьшение общего проективного покрытия живым растительным покровом - 15 %, сохранности мелких млекопитающих - 25 %, количества жизнеспособного подроста кедра - даже 35 %, [5]. Литературные данные [3, 6] и результаты собственных учетов (табл. 2) показывают, что и среди почвенных беспозвоночных мезофауна наиболее чувствительна.

При рассмотрении устойчивости к углеводородному загрязнению основных групп мезофауны необходимо выделять уровни загрязнения почвы, так как реакция животных меняется в зависимости от дозы токсиканта. Мы разделили загрязнение на слабое - до 10 % нефти в лесной подстилке, когда сохраняется до 50 % педобионтов, среднее - от 10 до 20 %, когда численность падает еще наполовину, и сильное - более 20 % нефти в подстилке. Характер устойчивости к этим уровням загрязненности хорошо выражен в табл. 3.

Заметим, что наибольшую устойчивость, даже некоторое повышение численности, требующее специального исследования, проявляют дождевые черви (Eisenia nordenskioldi Eisen и Limbricus rubellus Hoff.). Многоножки, пауки и насекомые образуют группу организмов, сходных по степени реакции. Наиболее чувствительны моллюски (табл. 3).

При средней загрязненности Oligochaeta также наиболее устойчивы, a Mollusca - наименее. На участках с загрязнением более 20 % нефти ни дождевые черви, ни моллюски не встречаются - эта концентрация для вышеназванных групп предельна. Наибольшую устойчивость проявляют Chilopoda (Monotarsobius curtipes С. Koch).

Среди наиболее многочисленных отрядов насекомых особой устойчивостью при слабой дозе не выделяется ни один, при средней - преобладают имаго и личинки жуков (Staphylinidae, Carabidae), а при сильной - личинки двукрылых.

Нефтяное загрязнение приводит не только к резкому сокращению численности, но и к значительному обеднению группового состава мезофауны за счет таких малоустойчивых элементов, как почвенные моллюски, гусеницы совок, червецы, личинки мягкотелок, проволочников, долгоносиков.

На загрязненных территориях иногда наблюдается смещение возрастной и размерной структур населения некоторых групп. Так, например, для стафилинид отмечено возрастание доли имаго на разливах на 48 % по сравнению с контролем. У пауков здесь средняя масса одной особи значительно превосходит аналогичный показатель на чистых участках: (4,4 ± 0,5) мг в опыте и (2,4 ± 0,2) мг в контроле (проанализировано 1715 экз., различия достоверны при Р < 0,001). Для многоножек различий не обнаружено: (4,8 ± 0,6) мг в опыте и (4,8 ± 0,3) мг в контроле (421 экз.). Вероятно, из Arachnida на загрязненной территории способны выжить взрослые особи и более крупные виды, а для размерной и возрастной структуры Chilopoda (представленных практически одним видом) наличие нефти значения не имеет. Понятно, что все это может приводить к нарушению характерной для каждого типа леса системы трофических связей, а следовательно, и динамики численности популяций, а дальше - и стабильности всего биоценоза.

Таблица 1

Состав мезофауны таежных лесов Среднего Приобья (численность - экз./м2; биомасса - г/м2)

Группа мезофауны	Кедровники зеленомошные	Кедровники долгомошные	Сосняки лишайниковые	Сосняки сфагновые
Oligocheta	14,2+3,6	0,5±0,2	-
Mollusca	9,6±4,2	5,6±2,2	-	1,1±0,8
Arachnida	134,9±25,5	175,0±15,6	99,2±12,6	153,1±15,1
Myriapoda	30,4±10,1	19,0±4,8	8,0±2,6	22,9±7,8
Insecta	237,5±20,5	138,4+16,6	150,4±16,8	296,5±33,3
Прочие	4,6±1,8	3,2±1,2
Отряды Insecta
Lepidoptera	4,5 + 1,6	1,8 ± 0,4	-	3,7 + 2,4
Diptera	31,7 ± 12,6	6,9± 1,8	16,0 ± 5,8	31,1 ± 7,7
Homoptera	80,2 ± 12,8	27,4 ± 8,6	4,8 ± 2,4	162,1 ±33,2
Hemiptera	3,8± 1,6	8,2 ± 3,6	-	-
Hymenoptera	16,0 ± 4,2	11,7 ± 3,4	8,0 ± 3,3	5,3 ± 2,8
Neuroptera	0,3 ± 0,1	1,0 ± 0,3	-	-
Coleoptera	99,2 ± 26,3	76,3± 22,1	100,8 ± 14,9	96,0 ± 12,8
Прочие	1,8 ±0,3	5,1 ± 2,0	20,8 ± 4,8	-
Семейства Coleoptera
Elateridae	24,0 ± 14,6	10,1 ± 3,0	25,6 ± 5,3	0,5 ± 0,1
Staphylinidae	44,8 ± 8,6	49,1 + 8,8	60,8 ± 12,0	50,7 ±9,1
Carabidae	11,2 ± 2,2	9,4 ± 3,0	-	6,4 ± 2,1
Cantharidae	11,5 ±3,0	7,7 ± 1,2	11,2 ± 5,6	6,4 ±2,8
Scarabaeidae	0,6 ± 0,4	-	-	-
Curculionidae	0,7 ± 0,4	-	-	-
Прочие	6,4 ± 2,2	-	3,2 + 2,1	30,9 + 6,9
ВСЕГО	431,2 ±32,2	341,7 + 28,8	257,6 ± 19,7	473,6 ± 43,7
БИОМАССА	14,3 ± 1,8	1,5 + 0,2	1,1 ± 0,4	1,6 ± 0,3

Таблица 2

Влияние нефтяного загрязнения на численность почвенных беспозвоночных в кедровнике (13 % нефти в почве; экз./м2)

Группа беспозвоночных	Чистая почва	Разлив нефти
Коллемболы	14 440,0 ± 4160,0	15 360,0 ± 1960,0
Клещи	21 080,0 ± 2118,0	20 210,0 ± 3200,0
Мезофауна	450,8 ± 38,6	271,0 ± 22,7*

· Различия достоверны при Р < 0,001

Таблица 3

Устойчивость основных групп мезофауны к нефтяному загрязнению (численность, % от контроля)

Группы мезофауны в порядке выраженности их устойчивости	Степень загрязнения (% нефти в подстилке)
слабая, до 10	средняя,10-20	сильная, > 20
Chilopoda	66,7	45,5	29
Diptera	65,6	32	27,5
Insecta в целом	58,7	47,3	12,1
Coleoptera	61,2	56,5	8,7
Arachida	63,1	33,2	3,6
Homoptera	45,5	21,2	0
Mollusca	30,5	8,3	0
Oligochaeta	111,5	50	0

Влияние нефтяного загрязнения почвы на некоторые компоненты таежных экосистем: а - численность мезофауны; 6 - биомассу мезофауны; в - общее проективное покрытие живым напочвенным покровом (1) численность мелких млекопитающих (2) и количество устойчивого подроста кедра (3)

Таким образом, проведенные исследования позволяют говорить о том, что мезофауна почв таежных лесов в Среднем Приобье достаточно обильна и разнообразна для использования ее при оценке степени антропогенных нагрузок на биогеоценозы. Являясь одним из наиболее чувствительных компонентов, она позволяет учитывать слабые и локальные воздействия, что важно при нормировании техногенного загрязнения почв. В качестве индикаторов степени загрязнения наземных экосистем нефтепродуктами можно рекомендовать всех почвенных моллюсков, дождевых червей и один из самых массовых видов с повышенной чувствительностью к нефти - Newsteadia floccosa De Greer (Insecta, Homoptera).

Список литературы

1. М. С. Гиляров, Методы почвеиио-зоологичсских исследований, М., Наука, 1975, 12-29.

2. С. М. Самосова, Т. И. Артемьева, Проблемы почвенной зоологии. Тез. докл. 6-го Всесоюз. совещания, Минск, Наука и техника, 1978, 207-208.

3. Т. И. Артемьева, Комплексы почвенных животных и вопросы рекультивации техногенных территорий, М., Наука, 1989.

4. А. В. Соромотин, Проблемы географии в Западной Сибири, вып. 1, Тюмень, 1992, 129-138.

5. С. Н. Гашсв, Экология, 1992, 2, -'iO-48.

6. Т. И. Артемьева, А. К. Жеребцов, Т. М. Борисович, Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем, М., Наука, 1988, 82-99.