CC BY
58
УДК 57.044; 631.46
ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО СВИНЦОМ И НЕФТЬЮ НА ЧИСЛЕННОСТЬ И СОСТАВ МИКРОАРТРОПОД
Колесников Сергей Ильич д.с-хн., профессор Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия
Самохвалова Лидия Сергеевна к.б.н.
Ростовский государственный медицинский колледж
Жаркова Мария Геннадьевна к.б.н.
Донской государственный технический университет
Казеев Камиль Шагидуллович д.г.н., профессор
Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия
С увеличением количества нефти в черноземе численность микроартропод снижалась. Такая же закономерность наблюдалась до определенной концентрации свинца в почве (фон+250 мг/кг), после чего на высоких дозах (+500 и +1000 мг/кг) было зафиксировано возрастание численности микроартропод. Более устойчивыми к загрязнению свинцом проявили себя гамазовые клещи и клещи акароидно-тромбидиформного комплекса, а к воздействию нефти, напротив, — панцирные клещи и ногохвостки
Ключевые слова: ЧЕРНОЗЕМ, ЗАГРЯЗНЕНИЕ, НЕФТЬ, СВИНЕЦ, МИКРОАРТРОПОДЫ
UDC 57.044; 631.46
EFFECT OF POLLUTION OF ORDINARY BLACK SOIL WITH LEAD AND OIL ON THE NUMBER AND COMPOSITION OF MICROARTHROPODS
Kolesnikov Sergey Ilich Dr.Sci.Agr., professor
Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia
Samohvalova Lidia Sergeevna Cand.Biol.Sci.
Rostov State Medicine University, Rostov-on-Don, Russia
Zharkova Mary Gennadievna Cand.Biol.Sci.
Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russia
Kazeev Kamil Shagidullovich Dr.Sci.Geogr, professor
Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia
The number of microarthropods in the black soil decreased with an increase in the number of oil. The same pattern was observed until a certain concentration of lead in soil (von 250 mg / kg), after which high doses (500 and 1000 mg / kg) was recorded an increase in the number of microarthropods. Gamasid mites and ticks of akaroid-trombidiform complex have proven more resistant to lead, and armored mites and springtails - to oil, vise versa
Keywords: BEACK SOIL, POLLUTION, OIL, LEAD, MICROARTHROPODS
ВВЕДЕНИЕ
Микроартроподы включают несколько крупных таксонов членистоногих. Критерием для выделения этой группировки является размер животных (доли миллим етра-миллиметры). Панцирные клещи и коллемболы являются деструкторами растительного опада, их роль неоценима в процессе гумификации почв. Они являются наиболее активными разрушителями растительных остатков среди организмов почвенной микрофауны. Плотность орибатид и ногохвосток достигает десятков — сотен тысяч, иногда миллионов особей на 1 м2 почвы.
Неудивительно, что роль этих организмов в жизни почвы трудно переоценить. К тому же, коллемболы являются группой животных, одной из первых, заселяющих безжизненные грунты и дающих начало формированию пионерных сообществ. Гамазовые клещи ведут хищный образ жизни и связаны пищевыми взаимоотношениями с ногохвостками. Темпы деструкции, характер трансформации органических веществ определяются трофической активностью коллембол, структурой сообщества и их суммарной численностью. Питаясь бактериями, гифами и спорами грибов, многие коллемболы стимулируют их рост и размножение, способствуют расселению микрофлоры в почве и растительном опаде. Коллемболы могут активно включаться в механизмы элиминации гельминтов, попадающих в почву в процессе развития.
Почвенные микроартроподы в силу своих особенностей (высокий уровень смертности и быстрое наращивание численности) чутко и быстро реагируют на изменения гидротермического и химического состава почв. Это делает их хорошими индикаторами экологического состояния почв [1-7].
В настоящей работе исследовано влияние загрязнения чернозема обыкновенного свинцом и нефтью на численность почвенных микроартропод.
МЕТОДИКА
Были проведены полевые модельные опыты на черноземе обыкновенном (североприазовском) в Ботаническом саду Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону). Мощность гумусового горизонта чернозема составляет 80 см, гранулометрический состав тяжелосуглинистый, реакция среды 7,7, содержание гумуса 4,1 %.
Были заложены делянки площадью 1 м2 и промежутками между ними 0,5 м. Повторность трехкратная.
Свинец вносили в почву в дозах 25, 50, 100, 250, 500 и 1000 мг/кг. Фоновое содержание свинца в почве — 15,3 мг/кг. Предельно-допустимая концентрация
(ПДК) свинца в почве составляет в России 32 мг/кг [8]. Использовали оксида свинца (II) — РЬО. Загрязнение почвы свинцом на 70-90% происходит в форме оксидов
[9].
Нефть вносили в почву в дозах 0,25; 0,5; 1,0; 2,5; 5,0; 10,0 % от массы почвы. ПДК нефти в почве не разработана. Использованная в исследовании нефть характеризуется средней плотностью (0,8616 кг/м3), средним содержанием серы (1,34 %) и хлористых солей (73,0 мг/дм3), низким содержанием механических примесей (0,0060 %), массовая доля парафинов — 4,46 %.
Так как оксид свинца не растворим в воде, то для равномерного распределения в почве, его сначала растирали с небольшим количеством почвы в ступке, затем смешивали с большим объемом почвы в тазике, а потом максимально равномерно распределяли в верхнем слое почвы (0-20 см) делянки путем перекапывания. Нефть вносили поверхностно методом полива.
Дата закладки опытных делянок — 20 августа 2007 года. Через месяц на них была посеяна озимая пшеница (сорт Дончанка). Образцы почвы для определения численности и состава микроартропод были отобраны в мае 2008 года — через 270 суток от момента загрязнения почвы.
Численность микроартропод определяли по общепринятой методике (Гиляров, 1975). Отбор образцов почвы проводили 3 раза в течение мая-июня 2008 года (через 270 суток от момента загрязнения почвы) из верхнего горизонта 0-20 см. На каждой делянке брали по 5 смешанных образцов почвы металлической рамкой объемом 125 см3. Всего с каждого варианта было отобрано по 15 почвенных образцов.
Экстракцию микроартропод из почвы осуществляли на эклекторах при естественном освещении без электрического обогрева в течение 7 дней до полного высыхания с последующим хранением в 70%-ом спирте с добавлением глицерина. При ручной разборке проб под бинокуляром МБС-10 выявлялся состав микроартропод: панцирных клещей, относящихся к отряду Асап/огтег, подотряду 8агсор1'ф)гтен\ гамазовых клещей, относящихся к отряду РагаяШ/огтег, подотряду
Меъоъи^тМа. Клещей, относящихся к подотряду ТготЫсИ/огтея (тарсонемоидных, эндеостигматических, простигматических), а также акароидных клещей подотряда 8агсорИ/огте8, объединяли в акароидно-тромбидиформный комплекс. Остальных животных по своим мелким размерам относили к прочим беспозвоночным.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Полученные данные (табл. 1, 2) отличаются значительным варьированием, что не дает возможности сделать достоверные выводы о влиянии загрязняющих веществ на микроартропод. В то же время можно отметить статистически не подтвержденные, но достаточно выраженные тенденции.
При загрязнении чернозема обыкновенного нефтью отмечается снижение численности микроартропод при увеличении количества загрязняющего вещества в почве по сравнению с контрольными показателями (табл. 1), что являлось вполне закономерным и ожидаемым. Однако вариабельность численности различных групп микроартропод имела определенные особенности.
На контрольном участке максимальную численность имели клещи акароидно-тромбидиформного комплекса и гамазовые клещи. При этом их численность на всех опытных участках (0,25-10%) уменьшалась по мере увеличения концентрации нефти, но даже на участке с максимальной концентрацией (10%) показатели численности этих групп микроартропод оставались выше других (панцирных клещей, ногохвосток), что позволяет предположить их большую устойчивость к загрязнению почвы нефтью.
Численность панцирных клещей на участке с минимальным загрязнением (0,25%) превалировала над контрольной (1,1 и 0,7 тыс. экз./м2 соответственно), однако по мере нарастания концентрации нефти их численность снижалась.
Численность ногохвосток закономерно снижалась по мере нарастания концентрации нефти (0,25-10%) и изначально была ниже численности ногохвосток контрольного участка (табл. 1).
Таблица 1
Влияние загрязнения чернозема обыкновенного нефтью на численность (тыс. экз./м2) различных групп микроартропод (Ботанический сад ЮФУ, 2008)
Содержание нефти, % Панцирные клещи Г амазовые клещи Ногохвостки Акароидно- тромбидифо рмный комплекс клещей Прочие беспозвоночные
Контроль 0,7+1,3 1,2+1,2 0,4+0,9 2,0+1,4 0,7+1,1
0,25 1,1+1,3 0,8+1,1 0,3+0,9 1,0+1,1 0,8+1,2
0,5 0,6+1,3 0,7+1,2 0,4+1,9 0,8+1,1 0,8+1,2
1,0 0,5+1,3 0,7+1,2 0,2+1,9 0,8+1,1 0,6+1,2
2,5 0,2+1,8 0,5+1,2 0,2+1,9 0,5+1,7 0,4+1,2
5 0,1+2,7 0,2+2,1 0,09+2,3 0,3+2,0 0,2+2,2
10 0,04+2,7 0,1+2,1 0,04+2,3 0,2+2,0 0,1+1,5
На участках с высокой концентрацией нефти (5-10%) численность всех групп микроартропод заметно уменьшилась по сравнению с более низкими концентрациями (0,25-2,5%) и контролем. При этом минимальная численность отмечена для панцирных клещей и ногохвосток (по 0,04 тыс. экз./м2) по сравнению с другими группами микроартропод.
При загрязнении чернозема обыкновенного свинцом тенденция к снижению численности микроартропод наблюдается до определенной концентрации металла в почве (фон+250 мг/кг). При повышении дозы загрязняющего агента (+500 и +1000 мг/кг) зафиксировано некоторое возрастание численности отдельных групп микроартропод (кроме ногохвосток) (табл. 2).
На контрольном участке максимальную численность имели панцирные клещи и клещи акароидно-тромбидиформного комплекса (2,3 и 7,9 тыс. экз./м2 соответственно), минимальную — гамазовые клещи (1,3 тыс. экз./м2). При небольших дозах загрязнения численность панцирных и гамазовых клещей сначала
снижается, а при более высоких дозах (+250; +500; +1000 мг/кг) начинает повышаться.
Таблица 2
Влияние загрязнения чернозема обыкновенного свинцом на численность (тыс.
экз./м2) различных групп микроартропод (Ботанический сад ЮФУ, 2008)
Содержани е свинца, мг/кг Панцирны е клещи Г амазовы е клещи Ногохвоста и Акароидно- тромбидиформны й комплекс клещей Прочие беспозвоночны е
Фон 2,3+2,1 1,3+1,1 1,4+1,0 7,9+2,0 1,6+1,3
+25 1,1+1,2 1,1+1,0 1,6+1,3 6,4+1,2 1,1+1,0
+50 0,9+1,4 1,0+1,2 1,4+1,0 9,1+2,0 1,0+0,9
+100 0,9+1,1 1,0+1,2 0,7+0,9 4,5+2,2 0,8+1,1
+250 1,0+1,6 0,6+0,8 0,5+1,1 2,5+1,8 0,6+0,9
+500 2,0+1,3 1,6+1,2 0,9+1,3 9,1+2,0 1,0+1,1
+1000 2,3+1,6 1,6+1,2 1,3+1,2 9,7+2,6 1,3+1,4
Численность клещей акароидно-тромбидиформного комплекса показала интересную, но незакономерную динамику: повышение дозы свинца вызывало как снижение численности клещей (+25; +100; +250 мг/кг), так и повышение их численности (+50; +500; +1000 мг/кг) по сравнению с контролем, потому трудно судить об устойчивости данной группы микроартропод к загрязнению чернозема обыкновенного свинцом.
Численность ногохвосток на опытных участках снижалась по мере нарастания дозы свинца, и на участке с максимальной концентрацией поллютанта их численность по сравнению с численностью других групп микроартропод была минимальна (1,3 тыс. экз./м2).
Численность панцирных клещей и прочих беспозвоночных (энхитреиды, нематоды и пр.) на участке с дозой загрязнения свинцом 0,25 мг/кг была выше
контрольной (табл. 2), а при увеличении концентрации загрязняющего вещества (0,5-10 мг/кг) отмечалось ее снижение.
Таким образом, разные группы микроартропод проявили различную устойчивость к свинцу и нефти. По степени устойчивости к загрязнению свинцом исследованные группы микроартропод расположились следующим образом: гамазовые клещи = клещи акароидно-тромбидиформного комплекса > ногохвостки > панцирные клещи.
По степени устойчивости к загрязнению нефтью исследованные группы микроартропод образовали следующий ряд: панцирные клещи > ногохвостки > гамазовые клещи > клещи акароидно-тромбидиформного комплекса.
Интересно, что более толерантные к загрязнению свинцом группы микроартропод оказались менее устойчивыми к воздействию нефтью, и наоборот.
Возможно, это связано с различиями в механизмах воздействия свинца и нефти на живые организмы. Механизм токсического действия свинца связан с нарушением у живых организмов обмена веществ в результате ухудшения проницаемости клеточных мембран и ингибирования ферментов [10]. Негативное воздействие нефти в большей степени косвенно и проявляется в ухудшении водно-воздушного режима почвы [11].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. При загрязнении чернозема нефтью проявилась статистически не достоверная, но достаточно выраженная тенденция снижения численности микроартропод при увеличении количества загрязняющего вещества в почве. При загрязнении свинцом такая тенденция наблюдалась до определенной концентрации металла в почве (фон+250 мг/кг), после чего на высоких дозах (+500 и +1000 мг/кг) было зафиксировано возрастание численности микроартропод.
2. Разные группы микроартропод проявили различную устойчивость к свинцу и нефти. По степени устойчивости к загрязнению свинцом исследованные группы
микроартропод расположились следующим образом: гамазовые клещи = клещи акароидно-тромбидиформного комплекса > ногохвостки > панцирные клещи. По степени устойчивости к загрязнению нефтью исследованные группы микроартропод образовали следующий ряд: панцирные клещи > ногохвостки > гамазовые клещи > клещи акароидно-тромбидиформного комплекса. Более толерантные к загрязнению свинцом группы микроартропод оказались менее устойчивыми к воздействию нефтью, и наоборот.
Исследование выполнено в рамках реализации Программы развития Южного федерального университета (213.01-24/2013-85; 213.01-24/2013-44).
Список литературы
1. ГиляровМ.С. Зоологический метод диагностики почв. М. 1965. 278 с.
2. Гиляров М.С. Почвенные беспозвоночные как индикаторы почвенного режима и его изменений под влиянием антропогенных факторов // Биоиндикация состояния окружающей среды Москвы и Подмосковья. М. 1982. С. 8-12.
3. Гиляров М.С., Стриганова Б.Р. Роль почвенных животных в разложении растительных остатков и круговороте веществ // Итоги науки и техники. Зоология беспозвоночных. М. 1978. С. 8-69.
4. Казадаев А.А., Кременица А.М., Симонович Е.И., Булышева Н.И., Везденеева Л.С. Почвенная фауна и плодородие почв. НМЦ «Логос», 2008. 114 с.
5. Стриганова Б.Р. Питание почвенных сапрофагов. М. 1980. 242 с.
6. Чернова Н.М. Особенности динамики микроартропод в пахотных почвах // Проблемы почвенной зоологии. Киев. 1981. С. 245-247.
7. Petersen Н., Luxton М.A. A comparative analysis of soil fauna populations and their role in decomposition processes // Oikos. 1982. Vol. 39. P. 287-388.
8. Химическое загрязнение почв и их охрана. М.: Агропромиздат, 1991. 303 с.
9. Горбатов B.C. Устойчивость и трансформация оксидов тяжелых металлов (Zn, Pb, Cd) в почвах // Почвоведение. 1988. №1. С. 35-43.
10.Торшин С.П., Уделънова Т.М., Ягодин Б.А. Микроэлементы, экология и здоровье человека// Успехи современной биологии. Т. 109. Вып. 2. 1990. С. 279-292.
11 .Трофимов С.Я., Аммосова Я.М., Орлов Д.С., Осипова Н.Н., Суханова Н.И. Влияние нефти на почвенный покров и проблема создания нормативной базы по влиянию нефтезагрязнения на почвы // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2000. № 2. С.30-34.
References
1. Gilyarov M.S. Zoologicheskij metod diagnostiki pochv. M. 1965. 278 s.
2. Gilyarov M.S. Pochvennye bespozvonochnye kak indikatory pochvennogo re-zhima i ego izmenenij pod vliyaniem antropogennyx faktorov // Bioindi-kaciya sostoyaniya okruzhayushhej sredy Moskvy i Podmoskov'ya. M. 1982. S. 8-12.
3. Gilyarov M.S., Striganova B.R. Rol' pochvennyx zhivotnyx v razlozhenii rastitel'nyx ostatkov i krugovorote veshhestv // Itogi nauki i texniki. Zoologiya bespozvonochnyx. M. 1978. S. 8-69.
4. Kazadaev A.A., Kremenica A.M., Simonovich E.I., Bulysheva N.I., Vezde-neeva L.S. Pochvennaya fauna i plodorodie pochv. NMC «Logos», 2008. 114 s.
5. Striganova B.R. Pitanie pochvennyx saprofagov. M. 1980. 242 s.
6. Chernova N.M. Osobennosti dinamiki mikroartropod v paxotnyx pochvax // Problemy pochvennoj zoologii. Kiev. 1981. S. 245-247.
7. Petersen H., Luxton M.A. A comparative analysis of soil fauna populations and their role in decomposition processes // Oikos. 1982. Vol. 39. P. 287-388.
8. Ximicheskoe zagryaznenie pochv i ix oxrana. М.: Agropromizdat, 1991. 303
s.
9. Gorbatov V.S. Ustojchivost' i transformaciya oksidov tyazhelyx metallov (Zn, Pb, Cd) v pochvax // Pochvovedenie. 1988. №1. S. 35-43.
10. Tor shin S.P., Udel'nova T.M., Yagodin B.A. Mikroe'lementy, e'kologiya i zdorov'e cheloveka//Uspexi sovremennoj biologii. T. 109. Vyp. 2. 1990. S. 279-292.
11. Trofimov S.Ya., Ammosova Ya.M., Orlov D.S., Osipova N.N., Suxanova N.I. Vliyanie nefti na pochvennyj pokrov i problema sozdaniya normativnoj bazy po vliyaniyu neftezagryazneniya na pochvy // Vestn. Mosk. un-ta. Ser. 17. Pochvovedenie. 2000. №2. S.30-34.
