Дніпропетровський державний університет

Кульбачко Юрій Люцинович

УДК 591.55+592:615

СТАН СТРУКТУРНОЇ ОРГАНІЗАЦІЇ БЕЗХРЕБЕТНИХ ТВАРИН ПІДСТИЛКИ СТЕПОВИХ ЛІСІВ В УМОВАХ ПРОМИСЛОВОГО ЗАБРУДНЕННЯ

03.00.16

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Дніпропетровськ – 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі зоології та екології Дніпропетровського державного університету Міністерства освіти України.

Науковий керівник: Кандидат біологічних наук, доцент

Барсов Віктор Олександрович,

кафедра зоології та екології

Дніпропетровського державного

університету

Офіційні опоненти:

Доктор біологічних наук, професор Апостолов Леонід Георгійович, Сімферопольський держуніверситет, кафедра екології та раціонального природо-користування, завідувач.

Доктор біологічних наук, доцент Ярошенко Микола Миколайович, Донецький держуніверситет, кафедра зоології, завідувач

Провідна установа:

Національний педагогічний університет імені М.П. Драгоманова, кафедра зоології, м. Київ

Захист відбудеться « 1 »грудня 1999 р. о 12:00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.051.04, Дніпропетровський державний університет Міністерства освіти України, 320625, м.Дніпропетровськ, провулок Науковий, 13, корп. 17, ауд. 611.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Дніпропетровського державного університету, 320625, м.Дніпропетровськ, пров. Науковий, 13.

Автореферат розісланий 29 жовтня 1999р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради _______________________ Дубина А.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Захист навколишнього середовища завжди був, є і буде однією з актуальних проблем для кожної країни. Забруднення атмосфери токсичними продуктами наносить шкоду не тільки навколишньому середовищу, але й здоров’ю людини. В зв’язку з різним станом деградації біосфери вирішальне значення на сучасному етапі набуває регіональний аспект природокористування. Все більша увага до проблем охорони природи обумовила необхідність проведення біоіндикаційних досліджень з використанням різних біологічних систем як в рамках національної, так і міжнародної діяльності. Серед різноманітних біоіндикаторів таких як мікроорганізми, рослини, хребетні тварини, по праву гідне місце займають безхребетні тварини. Надвисокий техногенний та антропогенний тиск, незбалансованість природоресурсного потенціалу призводить до виникнення стійких несприятливих змін в екосистемах, деградації природного середовища. На фоні цих змін виникає можливість використання блоку представників безхребетних підстилки для біоіндикації, оцінки стану епігейних та штучних лісових біогеоценозів в умовах степового Придніпров’я під впливом різних форм антропогенних чинників.

Зв’язок дисертації з планом НДР кафедри зоології та екології ДДУ. Робота виконувалась згідно з діючою науковою програмою «Біологічні ресурси, їх раціональне використання, відтворення та охорона» (розділ «Тваринний світ, раціональне використання та охорона»). Згідно з цією програмою проводились досліди в межах держбюджетних планових тем Комплексної експедиції, кафедри зоології та екології Дніпропетровського державного університету (№№ держ-реєстрації: 0296V006370 (1994-1996 рр.), 0197V000680 (з 1997 р. по наступний час). Зазначена тематика координується Міністерством освіти України, Науковою Радою з проблем грунтознавства НАН України.

Мета роботи та завдання дослідження.

Основною метою дослідження є виявлення можливості використання підстилкових безхребетних для біоіндикації та оцінки стану епігейних комплексів при сукцесійних змінах природних та штучних лісових біогеоценозів в умовах степового Придніпров’я під впливом різних форм антропічних чинників. Завданнями дослидження були:

виявити видовий склад, таксономічну структуру та їх зміни у безхребетних підстилки природних лісових та штучних лісонасаджень, які знаходяться під впливом промислового забруднення;

визначити зміни синекологічних показників підстилкових безхребетних під впливом промислового забруднення, та можливості їх використання в біоіндикаційних дослідженнях;

дослідити особливості формування фауни безхребетних підстилки на ділянці лісової рекультивації;

визначити вплив лісотипологічних факторів на структуру підстилкової ентомофауни ділянки лісової рекультивації;

дослідити особливості накопичення важких металів безхребетними підстилки в умовно чистих та підданих промисловому забрудненню природних та штучних лісонасадженнях;

використати модельні групи безхребетних для проведення екотоксико-логічних досліджень;

розглянути зміни в комплексах безхребетних підстилки у зв’язку з підтоп-ленням природних заплавних біогеоценозів внаслідок шахтних підробок;

визначити можливості використання показників сумісної зміни рослинного покриву та фауни безхребетних підстилки на фауністичному, морфо-логічному, екотоксикологічному рівнях для біоіндикаційних досліджень.

Наукова новизна отриманих результатів.

Дослідження проводились в суперіндустріальному регіоні України, зокрема в районі промислової зони м.Дніпродзержинська, на території Західного Донбасу, яка знаходиться під впливом гірничодобувної промисловості. Вони базуються як на фауністичних, так і на екотоксикологічних змінах, які відбуваються у фауні безхребетних підстилки. Вперше для цього регіону розглянуто сумісні зміни рослинного покриву та тваринного населення підстилки внаслідок техногенного впливу. Дані, які існували раніше, висвітлювали лише фауністичні або флористичні зміни рослинного та тваринного світу. Нами одержані нові, значно повніші дані, які можуть бути використані в моніторингових дослідженнях з метою індикації негативного впливу забруднення на екосистеми.

Практичне значення отриманих результатів.

Результати досліджень в промисловій зоні м. Дніпродзержинська можуть бути використані в «Проекті програми виходу м. Дніпродзержинська з екологічної кризи», розробленої Мінпромом України, Українським державним науково-дослідним інститутом азотної промисловості. Дослідження, проведені на ділянці лісової рекультивації, можуть бути використані для вибору конструкції штучних грунтів та стійких деревних порід на шахтних відвалах Західного Донбасу. Матеріали дисертації використовуються в спецкурсах для студентів вищих учбових закладів, лекціях з охорони навколишнього природного середовища учням шкіл та широким верствам населення.

Особиста участь автора в отриманих результатах, які представлені в дисертації. Дисертація є особистою науковою працею, яку виконано автором протягом 5 років у складі Комплексної експедиції ДДУ з вивчення лісів степової зони України. Автор брав особисту участь у збиранні, визначенні та обробці досліджень польового матеріалу, в проведенні лабораторних досліджень, підготовці наукових публікацій. Автором підготовлено 8 самостійних публікацій, а в працях, що опубліковані в співавторстві, частка особистої участі становить 25-50 %.

Впровадження результатів роботи. Матеріали роботи дисертанта Кульбачко Ю.Л. і конкретні рекомендації що до використання характеристик безхребетних підстилки степових лісів дозволяють проводити аналіз впливу техногенних чинників на загальну структуру та функціонування безхребетних, їх роль в підтриманні гомеостазу екосистем, накопиченні токсичних речовин.

Ці матеріали та рекомендації використано та впроваджено Управлінням екологічної безпеки з метою збереження біорізноманітності та охорони екосистем регіону на експериментально-виробничій ділянці лісової рекультивації ДХК Павлоградвугілля. Матеріали з теми дисертаційної роботи використано при складанні звітів та тематичних планів в НДІ біології ДДУ. Вони увійшли до учбових програм та використовуються в учбовому процесі в курсах загальних та спеціальних дисциплін на кафедрі зоології та екології Дніпропетровського державного університету.

Апробація роботи. Матеріали дисертації пройшли апробацію на Національній конференції по збереженню біорізноманітності в Україні (Канів, 1997), на нараді з екології та інженерії (Дніпродзержинськ, 1996), на нараді «Тваринний світ Біло-руського Полісся та його раціональне використання» (Гомель, 1998), міжнародній науково-практичній конференції «Sustainable divelopment: system analysis in ecology» (Севастополь, 1996), міжнародних конференціях «Франція та Україна, науково-практичний досвід у контексті діалогу національних культур» (Дніпропетровськ, 1995, 1997, 1998), на 1 міжнародній конференції «Стійке забруднення нав-колишнього середовища та екологічна безпека» (Дніпропетровськ, 1995).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 19 наукових робіт, серед яких 8 самостійних.

Структура і обсяг роботи. Матеріали дисертації викладені на 238 сторінках, власне текст займає 142 сторінки. Дисертація складається із вступу, 9 розділів, висновків та рекомендацій, списка використаних джерел. Список літератури містить 267 найменування, серед яких 28 іноземними мовами.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовується актуальність та стан наукової проблеми, мета та завдання досліджень.

ОСНОВНІ ЧИННИКИ, ЯКІ ПРИЗВОДЯТЬ ДО АНТРОПО-ТЕХНОГЕННИХ ЗМІН В ЕКОСИСТЕМАХ

В розділі розглядається вплив на навколишнє середовище таких антропогенних чинників як урбанізація, сільське господарство, гірниче виробництво, промислові викиди. Доведено, що найбільш небезпеченими для довкілля є викиди промислового виробництва та добування корисних копалин. Ці чинники негативно впливають як на фіто- так і на зооценоз.

Однією з складових частин зооценозу виступають безхребетні тварини підстилки. Фауністичні і структурні зміни в їх популяціях, особливості накопичення важких металів представниками різних груп використовуються в біоіндикаційних дослідженнях при техногенному забрудненні середовища.

Основна частина праць присвячена окремо фауністичним, структурним змінам в популяціях тварин, екотоксикологічним дослідженням окремих їх груп.

ФІЗИКО-ГЕОГРАФІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНУ ДОСЛІДЖЕНЬ

Район досліджень належить до підзони справжніх степів степової зони України. В розділі наводяться дані про загальні фізико-географічні умови регіону, клімат, рельєф та геоморфологію грунту, гідрологічні умови, рослинність та твариннний світ, які висвітлені в працях відомих вчених (Лавренко,1954; Высоцкого,1962; Семенюты,1948; Калининой,1972; Травлеева, Булахова,1969; Бельгарда,1971 та інших)

МАТЕРІАЛИ, МЕТОДОЛОГІЯ ТА МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Матеріали досліджень одержані у складі Комплексної експедиції Дніпропетровського держуніверситету по вивченню лісів степової зони України в період з 1994 по 1998 рр.

Збір матеріалу проводився по загальній методиці грунтово-зоологічних досліджень (Гиляров, 1975) сумісно з використанням пасток Барбера. За період досліджень зібрано 1200 проб. Вміст важких металів в безхребетних підстилки виконано методом атомно-абсорбційної спектрофотометрії на AAS-30 (Хавезов, Цалев, 1983). Підготовлено 460 проб і проведено понад 3220 елементо-визначень. Крім цього проаналізовано вміст важких металів в 50 пробах грунту та підстилки, та 45 пробах флористичного матеріалу. Математичний обробіток результатів виконано за стандартними методиками (Лакин, 1990) на компьютері IBM PC/AT 486 з використанням пакета Exel-97.

В розділі наведено характеристику ділянок, на яких проводились дослідження. За контрольні прийняті ділянки екологічного профілю на території Присамарського міжнародного біосферного стаціонару. Ділянки, які знаходяться під впливом промислового забруднення, розташовані поблизу м.Дніпродзержинська, а ділянки лісової рекультивації на території, яка прилягає до шахт Західного Донбасу.

ЗМІНИ СТРУКТУРИ НАСЕЛЕННЯ БЕЗХРЕБЕТНИХ ПІДСТИЛКИ ПРИРОДНИХ ЛІСОВИХ ТА ШТУЧНИХ НАСАДЖЕНЬ ПІД ВПЛИВОМ ПРОМИСЛОВОГО ЗАБРУДНЕННЯ

Особливості зміни фауни безхребетних підстилки штучних білоакацієвих насаджень під впливом промислового забруднення. Проведено порівняння фауни безхребетних тварин підстилки з контрольних штучних насаджень та насаджень, що знаходяться під впливом цементного виробництва, а також Дніпродзержинського виробничого об’єднання «Азот» (ДВО «Азот»). В зоні дії промислового забруднення кількість видів тварин зменшується в 1,2-1,3 рази у порівнянні з контрольними насадженнями, але поряд з цим збільшується чисельність тварин, кількість видів супердоминантів. В зоні дії ДВО «Азот» цілком змінюється видовий склад черв’яків. Замість Lumbricus terrestris, зареєстрованого у контрольних насадженнях, з’являються Dendrobaena octaedra, Eisenia foetida, Octolasium complanatum. Відбуваються зміни складу Staphylinidae, Mollusca. У зоні забруднення з’являється Cochlicopa lubrica, яка була відсутня у контрольних насадженнях. У зоні дії цементного виробництва в 2,4 рази зменшується кількість родин класу комах. Відсутні представники Dermestidae, Tenebrionidae, Gryllidae. Відбувається зменшення значень індексу Шеннона, розрахованого по чисельності з 2,22-2,67 до 1,36-1,71, та по біомасі - з 2,87-3,14 до 2,17-2,73 у порівнянні з контрольними ділянками. Для функціональних груп в зоні промислового забруднення відбувається зменшення чисельності представників фітофагів та збільшення сапрофагів при

досить високій чисельності зоофагів (рис.1). Необхідно відзначити, що фауна безхребетних тварин штучних насаджень в зоні дії ДВО «Азот» менше підлягає змінам порівняно з фауною штучних насаджень цементного виробництва, що можливо пов’язано з одного боку з неритмічністю роботи ДВО «Азот», а з другого з спектром промислових викидів підприємств.

Особливості змін фауни безхребетних підстилки заплавних лісових біогеоценозів під впливом промислового забруднення. Як і в штучних насадженнях, зареєстровано зменшення кількості видів безхребетних в 1,5 рази при збільшенні у 2 рази кількості видів супердоминантів, до яких належать Vallonia costata (7,19 %), Staphylinus caesareus (8,63 %), Pterostichus melanarius (6,83%). Відбуваються і якісні зміни серед безхребетних. Зникають Succinea oblonga, Succinea putris, Lumbricus rubellus, Eisenia tetraedra. Не зареєстровано представників Trombiculidae. Зміни відбуваються серед функціональних груп безхребетних. Якщо чисельність зоофагів на контрольних ділянках становить 35,0-35,8 екз/м2, то під впливом промислового забруднення чисельність фітофагів зменшується у 1,8 рази, а сапрофагів у 2,1 рази. Відбувається зниження індексу видової різноманітності, розрахованого за чисельністю та біомасою: 2,83-3,09 проти 1,72-1,94 (за чисельністю), та 2,19-2,39 проти 1,54-1,98 (по біомасі).

ДІАГНОСТИКА СТАНУ ЛІСОВИХ НАСАДЖЕНЬ НА ДІЛЯНКАХ РЕКУЛЬТИВАЦІЇ В ЗАХІДНОМУ ДОНБАСІ ЗА ДОПОМОГОЮ КОМПЛЕКСІВ БЕЗХРЕБЕТНИХ ПІДСТИЛКИ

Аналіз спільності фауни безхребетних підстилки різних деревно-чагарникових порід та варіантів насипних грунтів ділянки лісової рекультивації. Для населення безхребетних підстилки п’яти варіантів грунтів в насадженні акації білої, карагани, в’яза низького, маслинки вузьколистої, бирючини мінімальна якісна та кількісна спільність зареєстрована для першого варіанту та наступних за ним варіантів грунтів. Максимально близькі фауни безхребетних 3-4 та 3-5 варіантів грунтів. Не зважаючи на низьку якісну спільність фауни безхребетних в залежності від складу деревно-чагарникових насаджень звертає на себе увагу, що максимально близькі комплекси безхребетних підстилки акації білої, в’яза низького, маслинки вузьколистої, а коефіцієнти спільності по Жакару у безхребетних з чагарникових насаджень нижчі порівняно з деревними.

Кількісну спільність безхребетних підстилки деревно-чагарникових насаджень по зменшенню можна поставити у такій послідовності: в’яз низький - акація біла; акація біла - бирючина; маслинка вузьколиста - акація біла; маслинка вузьколиста –

карагана; маслинка вузьколиста - в’яз низький; маслинка вузьколиста - бирючина; карагана - бирючина; карагана - акація біла; в’яз низький - бирючина.

Розподіл фауни безхребетних підстилки на ділянці лісової рекультивації в залежності від складу деревно-чагарникових насаджень. Особливості формування штучних едафотопів на місці шахтних відвалів значно впливають на розподіл в них представників безхребетних підстилки. Велике значення має тип деревостою (структура та склад). У деревно-чагарникових насадженнях не зареєстровано різких змін кількості таксонів безхребетних, їх число дорівнює 14-16. Слід відзначити збільшення чисельності безхребетних в насадженнях маслинки

вузьколистої, в’яза низького у порівнянні з акацією білою - Mollusca 6,4 екз на 10л/діб проти 4,6 екз на 10 л/діб, Tenebrionidae 5,6 екз на 10 л/діб проти 1,9 екз на 10л/діб, Silphinidae 13,1 екз на 10 л/діб проти 9,3 екз на 10 л/діб.

Розподіл фауни безхребетних підстилки на ділянці лісової рекультивації залежно від варіанту штучних грунтів у деревно-чагарникових насадженнях. Розглядаючи розподіл безхребетних у п’яти варіантах грунтів, необхідно підкреслити їх різний якісний та кількісний склад для окремої породи. Ядро фауни безхребетних на всіх варіантах грунтів складають представники комах. Сумарна чисельність безхребетних для другого варіанту грунтів складає 98 екз на 10 л/діб, четвертого варіанту грунтів - 102 екз на 10 л/діб, третього - 196,5 екз на 10 л/діб, п’ятого - 131 екз на 10 л/діб.

Особливості зміни синекологічних характеристик безхребетних підстилки різних варіантів насаджень ділянки лісової рекультивації на території Західного Донбасу. Серед порід деревно-чагарникових насаджень найбільше число видів тварин (27) відзначено у насадженні акації білої, а найбільша сумарна щільність - 123, 4 екз на 10 л/діб у насадженні в’яза низького. Мінімальне число видів (14) при мінімальній сумарній щільності (75,9 екз на 10 л/діб) зареєстровано в насадженні карагани. Максимальна кількість видів (23-27) приходиться на деревні насадження, в чагарникових насадженнях їх кількість в 1,8 раз менша. Індекс різноманіття Шеннона розрахований для всіх варіантів насаджень по динамічній щільності (2,16-2,9) вищий за індекс різноманіття, розрахований по біомасі (1,99-2,1). Екоморфічний аналіз стану фауни підстилки на ділянці рекультивації показує, що в ценотичному відношенні переважають лісові види - 41,5 %, степові види складають 38,5 %, а лучні - 20 %. Велика доля лісових видів порівняно з степовими свідчить про сприятливість лісорослинних умов на ділянці. Основною тенденцією розвитку угрупування є становлення лісового типу кругообігу речовин.

ЗМІНИ СТАНУ СТРУКТУРИ БЕЗХРЕБЕТНИХ ПІДСТИЛКИ В ЗАПЛАВНИХ БІОГЕОЦЕНОЗАХ РІЧКИ САМАРИ НА ТЕРИТОРІЇ ЗАХІДНОГО ДОНБАСУ, ЯКІ ЗНАХОДЯТЬСЯ ПІД ТЕХНОГЕННИМ НАВАНТАЖЕННЯМ

Просадочні явища при здобуванні кам’яного вугілля і подальше підтоплення заплави р.Самари призводить до зменшення у 2 рази кількості видів безхребетних підстилки. Склад безхребетних підстилки у підтопленій заплаві р.Самари на рівні таксонів показано у таблиці 1.

Для підтоплених та контрольних ділянок тільки 9 видів були спільними. Індекс схожості угрупувань дорівнює 0,169, що вказує на значну зміну структури фауни. За рахунок відсутності на ділянках підтопленої пойми великих турунів, черв’яків відбувається збільшення середнього значення біомаси тварин на контрольних ділянках (0,33 г/м2 проти 0,096 г/м2.). Підтоплення заплавних біогеоценозів на території Західного Донбасу призводить до зменшення індекса Шеннона, розрахованого по динамічній щільності - 2,20 порівняно з 3,09. Цей індекс, розрахований по біомасі, в зоні підтоплення становить 1,34, у контролі - 2,19. На ділянках підтоплення лісові види складають (57 %) від загальної чисельності, при досить високому відсотку лучних видів - (38 %), що відповідає процесу олуковіння і подальшому переходу лучного біогеоценозу у болотний. Досить високий на ділянці підтоплення відсоток гігрофілів - 19 %, та ультрагігрофілів - 5 %, серед яких можна відзначити такі види як Agonum obscurum, Stenolophus proximus та інші, а також зазначити види індикатори засолення - Anisodactilus binotatus, Dischirius sp. Зміни стану угрупувань безхребетних тварин дають можливість використовувати їх для діагностування природних лісових біогеоценозів в умовах інтенсивного добування корисних копалин.

Таблиця 1

Склад безхребетних підстилки на ділянці заплави р.Самара у зоні підтоплення на території Західного Донбасу (на рівні таксонів)

Таксон | Абсолютна чисельність,

екз/м2 | Домінування, % | Динамічна щільність

10 л/д | Домінування, %

Aranei

Diplopoda

Chilopoda

Isopoda

Inseсta

Carabidae

Staphylinidae

Silphidae

Elateridae

Histeridae

Scarabaeidae

Tenebrionidae | 8,2

0,7

0,25

1,35

18,0

10,6

2,25

4,2–

0,5

0,45– |

28,6

2,06

0,9

4,77

63,71

58,88

12,5

23,33–

2,77

2,5– |

6,0

1,57–

0,33

11,84

5,53

0,14

4,57

0,42

0,71

0,33

0,14 | 30,39

7,95–

1,67

59,9

46,70

1,18

38,59

3,54

5,99

2,78

1,18

ОСОБЛИВОСТІ АКУМУЛЯЦІЇ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ БЕЗХРЕБЕТНИМИ ПІДСТИЛКИ ПРИРОДНИХ ТА ШТУЧНИХ ЛІСОВИХ БІОГЕОЦЕНОЗІВ

Накопичення важких металів безхребетними підстилки природних лісових насаджень. З’ясовано, що в умовах промислового забруднення найбільша кількість заліза міститься в організмі Isopoda та Lumbricidae - 5970 мг/кг та 4210мг/кг відповідно, серед комах у представників Silphidae - 3150 мг/кг та Carabidae - 2890мг/кг. Марганець у більшій мірі накопичують представники Lumbricidae - 362,0 мг/кг та Aranei - 303,0 мг/кг, Cu - Lumbricidae - 201,0 мг/кг та Carabidae - 92,0 мг/кг, Zn - Isopoda - 1365,0 мг/кг та Carabidae - 1280 мг/кг. По кількості накопичення Ni стоїть на п’ятому місці після Fe, Mn, Zn, Cu. Серед найбільш токсичних елементів Pb у зоні забруднення у більшій мірі накопичують представники Araneі - 45,0 мг/кг та Staphуlinidae - 69,0 мг/кг, а Cd - Araneі - 96,0 мг/кг та Carabidae - 29,0 мг/кг. Вміст Pb у представників Carabidae, Staphуlinidae, Elateridae з зони забруднення у 3 рази більше порівняно з контрольними ділянками. Індекс біологічного накопичення (ІБН), який показує можливості акумуляції важких металів безхребетними, наприклад сапрофагами, у ланцюгах живлення (за субстрат живлення сапрофагів прийнято підстилку) у природних лісових біогеоценозах для Cd вищий ніж для Pb (таблиця 2). В свою чергу індекс біонакопичення Cd у тварин з забрудених ділянок у 3 рази вищий, ніж контрольних. Треба відзначити, що ІБН для всіх мікроелементів представниками сапрофагів з забруднених ділянок вищий порівняно з контрольними ділянками.

Таблиця 2

Індекс біологічного накопичення представниками Lumbricidae та Isopoda в заплавних біогеоценозах р.р. Самари та Коноплянки.

Місце здобичі | Таксон | Індекс біологічного накопичення

Fe | Mn | Cu | Zn | Ni | Pb | Cd

Зона за-бруднення | Isopoda | 6,01 | 1,57 | 16,50 | 12,63 | 10,50 | 7,50 | 21,00

Контроль | Isopoda | 5,07 | 0,61 | 32,25 | 12,39 | 7,06 | 6,25 | 7,75

Зона за-бруднення | Lumbricidae | 4,21 | 5,58 | 20,12 | 2,96 | 4,28 | 5,00 | 6,00

Контроль | Lumbricidae | 3,34 | 1,13 | 15,75 | 3,04 | 3,46 | 2,75 | 2,00

Накопичення важких металів безхребетними підстилки з штучних лісових насаджень. В умовах степового Придніпров’я практично біля кожного підприємства розташовані штучні насадження. У зоні дії ДВО «Азот» найбільша концентрація Fe виявлена для ракоподібних - 4894 мг/кг та черв’яків - 3624 мг/кг, а серед комах для мертвоїдів - 3254 мг/кг. У зоні дії цементного виробництва активно накопичують Fe ракоподібні - 4894 мг/кг та павукоподібні - 2450 мг/кг, а найменша концентрація заліза порівняно з іншими мікроелементами (0,075 мг/кг) відзначена для черв’яків, що можливо, пов’язано зі складом викидів цементного виробництва. Mn в зоні дії ДВО «Азот» у більшій мірі накопичують ракоподібні - 1316 мг/кг, та мервоїди - 1326 мг/кг, а у зоні дії цементного виробництва ракоподібні - 917 мг/кг та черв’яки - 587 мг/кг. Мідь як у контрольних, так і у забруднених штучних насадженнях в більшій мірі накопичується ракоподібними - 379-408 мг/кг та павукоподібними - 140-156 мг/кг. Не зважаючи на високий рівень накопичення Zn пластинчастовусими у насадженнях з зони дії ДВО «Азот» його концентрація у 3 рази нижча порівняно з районом цементного виробництва - 826 мг/кг та 2210 мг/кг відповідно. Своєрідно відбувається накопичення Ni у черв’яків. Якщо у зоні дії вони накопичюють його 2 мг/кг, контрольних насадженнях 28 мг/кг, то у зоні дії ДВО «Азот» 280 мг/кг. Свинець у зоні техногенного забруднення у більшій мірі накопичують ракоподібні - 207-455мг/кг та стафілініди - 48-92 мг/кг, а Cd - ракоподібні - 43-171 мг/кг та павукоподібні - 42-60 мг/кг. ІБН Fe для сапрофагів (черв’яки, ракоподібні) з контрольних та забруднених насаджень знаходиться на рівні 4,9-6,75, але для черв’яків з зони дії цементного виробництва він становить 0,0001. Для Mn та Ni він вище у насадженнях забруднених промисловими викидами. На забруднених ділянках ракоподібні здатні накопичувати більше Pb (ІБН 103,0; 227,5) та менше Cd (ІБН 43,0; 21,0), а черв’яки навпаки більше Cd (ІБН 6,0; 6,55) та менше Pb (ІБН 2,0; 4,0).

Використання модельних груп безхребетних для проведення екотоксикологічних досліджень. Для швидкої оцінки антропогенного впливу на біогеоценоз доцільно використовувати модельні групи безхребетних тварин, які здатні накопичувати важкі метали за короткий відрізок часу, що дозволяє своєчасно проводити індикацію забруднення біогеоценозу. В умовах степового Придніпров’я використовувались представники турунів, які відповідають всім вимогам до модельних груп. Вони здатні накопичувати важкі метали в великій кількості, зберігаючи при цьому високі адаптивні можливості. Накопичення важких металів на рівні трофічних груп має свої особливості. Якщо у штучних насадженнях під впливом промислового забруднення міксофітофаги накопичують у 4 рази більше Fe, у 1,5-2 рази більше Zn, Pb, Cd порівняно з зоофагами, а останні у 1,5-2 рази більше Ni, то у заплавних біогеоценозах ці зміни не настільки чітко визначені. Під впливом промислового забруднення представники зоофагів накопичують у 1,5 рази більше Pb, ніж міксофітофаги, а міксофітофаги у 1,2-2 рази більше Cd ніж зоофаги. В свою чергу концентрація важких металів в організмі турунів визначається їх видовими особливостями. Так, Pterostichus melanarius та Poecilus cupreus у більшій мірі акумулюють Mn та Cu (342,8 мг/кг; 98,4 мг/кг відповідно), а Carabus granulatus - Ni (369,5 мг/кг), але всі види турунів здатні накопичувати велику кількість таких високотоксичних мікроелементів як Pb (29,1-37,5 мг/кг) та Cd (23,1-82,7 мг/кг). Використання їх для індикації забруднення довкілля виправдано тим, що вони поглинають тільки рухливі форми елементів і тому концентрація забруднювача у тваринах відбиває фактичне забруднення екосистем, а не потенційне.

Залежність фауністичних показників від біохімічних параметрів та мінерального обміну у безхребетних підстилки з біогеоценозів, підданних промисловому забрудненню. Об’єктами досліджень були представники павукоподібних, черв’яків та турунів з контрольних та забруднених викидами хімічної промисловості, цементного виробництва штучних насаджень. Серед мікроелементів обрані Mn (як біогенний), Pb та Cd (як високотоксичні). Максимальне накопичення Mn (1120 мг/кг) зареєстровано для турунів з насаджень в зоні дії хімічної промисловості, при цьому їх видове різноманіття скорочується в 1,3 рази, а біомаса зростає в 1,5 рази. Вміст Pb та Cd у турунів з насаджень у зоні дії цементного виробництва на рівні 25 мг/кг та відповідно 19 мг/кг, що в 1,3-1,8 разів вище у порівнянні з контрольними насадженнями та у 2,2 рази нижче порівняно з вмістом їх у жуків з зони дії хімічної промисловості. Викиди цементного виробництва призводять до збільшення у 1,2 рази видового складу жуків та у 5 разів чисельності, що вказує на їхні високі адаптаційні можливості. Поряд з цим у турунів з забруднених біотопів знижується кількість спільних ліпідів в 1,3 рази при збільшенні в їх складі рівня вільних жирних кислот в 6,8 раз та холестерину в 1,2 рази. У павукоподібних максимальна концентрація Mn (420 мг/кг) відзначена у зоні дії ДВО «Азот». Це у 1,3 рази вище порівняно з контролем. Вміст Pb та Cd у тварин з зони дії промислових підприємств у 2 рази вище порівняно з контролем. Поряд з цим чисельність павуків у зоні дії цементного виробництва у 1,6 рази, а підприємств хімічної промисловості у 1,2 рази менше порівняно з контролем. Біомаса павуків у зоні дії підприємств хімічної промисловості збільшується у 6 раз порівняно з контролем. У черв’яків максимальна концентрація Mn (587 мг/кг) притаманна тваринам з зони дії підприємств цементної промисловості. Вміст Pb у черв’яків з зони дії підприємств хімічної промисловості у 4, а Cd у 1,5 рази вище порівняно з контролем. При цьому кількість видів черв’яків в зоні дії цементного виробництва в 2, а хімічної промисловості в 3 рази більше порівняно з контролем.

ВЗАЄМОПОВ’ЯЗАНІ ЗМІНИ У РОСЛИННОМУ ПОКРИВІ ТА НАСЕЛЕННІ БЕЗХРЕБЕТНИХ ПІДСТИЛКИ В ЕКОСИСТЕМАХ, ПІДДАНИХ ТЕХНОГЕННОМУ ВПЛИВУ

Зміни рослинного покриву та тваринного населення підстилки заплавних біогеоценозів р.Самара, підданих техногенній дії, внаслідок добування кам’яного вугілля. Шахтні підробки та пов’язані з ними просадочні явища, які призводять до підтоплення заплавних біогеоценозів річки Самари на території Західного Донбасу, негативно впливають не тільки на деревостій та трав’яний покрив, але й на представників безхребетних тварин підстилки. Зміна бонітету деревостою під впливом підтоплення призводить до змін рослинного покриву та накладає відбиток на формування підстилки - середовища мешкання підстилочних тварин. Відсутність чітко вираженої лісової підстилки впливає на умови мешкання та склад безхребетних тварин. На ділянках в зоні техногенного впливу в 2,5 рази зменшується кількість видів безхребетних порівняно з контрольними біогеоценозами, та в 2-3 рази їх чисельність. В зоні підтоплення зникають представники типові для контрольної заплави - Calosoma inquisitor, Carabus marginalis, Philonthus laevicolis та інші. Якісні та кількісні зміни безхребетних підстилки відбуваються не тільки на видовому рівні, але й на рівні таксонів - зникають представники Trombiculidae, Lumbricidae. Тварини представлені більш дрібнішими формами, які мають нижчу біомасу порівняно з представниками контрольних біогеоценозів, але мають вищі репродуктивні здібності, краще виживають у несприятливих умовах. Техногенне навантаження впливає на екоморфічні характеристики рослин та тварин. Як і у трав’янистих рослин в зоні підтоплення у безхребетних тварин досить високий відсоток лучних видів - 38 % порівняно з контрольними ділянками - 25 %, степові види представлені окремими екземплярами. Як серед рослинного покриву, так і серед безхребетних підстилки, знайдено представників галобіонтів, які можуть використовуватись як індикатори засолення грунту.

Морфологічні зміни рослинного покриву та тваринного населення підстилки, як відповідь на забруднення навколишнього середовища промисловими викидами. Викиди азотного виробництва впливають на репродуктивні здібності деревно-чагарникових рослин, викликають у них морфологічні зміни (Столяренкова, Кукушкин, 1988). Згадані автори проводили дослідження у штучних лісових насадженнях у зоні дії ДВО «Азот», тому одержані дані були використані для виявлення сумісних змін рослинного покриву та тваринного населення підстилки. Автори відзначають негативний вплив забруднення на морфологічні особливості суцвіть, зниження кількості бутонів та квітів, кількості та маси насіння дерев. Морфологічні зміни у безхребетних підстилки під впливом промислового забруднення нами досліджувались на прикладі Carabus granulatus, Pterostichus melanarius, Staphylinus caesareus. Вимірам підлягали голова, передньоспинка, надкрила, вусики, кінцівки. Тільки у Pterostichus melanarius достовірно збільшується довжина вусиків порівняно з контрольними ділянками. Інших достовірних морфологічних змін у представників безхребетних не зареєстровано. Таким чином морфологічні зміни як у рослин так і безхребетних є адекватним відгуком живих організмів на промислове забруднення.

Особливості накопичення інгрєдієнтів промислового виробництва рослинним покривом та безхребетними підстилки. Проведено дослідження по виявленню особливостей накопичення важких металів в системі грунт - підстилка - рослина - безхребетна тварина. Досить сильне техногенне навантаження в умовах промислового забруднення зазнає один з найважливіших структурних компонентів біогеоценозу - лісова підстилка. На ділянках біля промислових комплексів збільшується вміст Cu у 2 рази, Zn у 1,6 рази, Ni у 1,3 порівняно з контролем. Вміст Pb в підстилці з зони промислового забруднення становить 2,4-2,7 мг/кг проти 1,5мг/кг у контролі, а Cd 1,4-2,2 мг/кг проти 0,61 мг/кг у контролі. Накопичення мікроелементів у грунті у зоні промислового забруднення дещо нижче порівняно з підстилкою. В результаті аналізу накопичення мікроелементів у підстилці та грунті можна зробити підсумок, що підстилка виступає активним біофільтром і виконує захисні функції на шляху проникнення важких металів у грунт. Ступінь акумуляції рослинами мікроелементів (на прикладі м’яточника) можна оцінити по коефіцієнту біологічного накопичення (КБН). Він свідчить, що у зоні промислового забруднення листя трав’янистих рослин у більшій мірі накопичують Cu (КБН Cu 8,6), а у меншій Cd (КБН Cd 0,12). Коріння у більшій мірі накопичують Ni (КБН Ni 5,5), а у меншій Cd (КБН Cd 0,1). У представників безхребетних підстилки (ракоподібні) у зоні промислового забруднення найбільший високий ІБН для такого високотоксичного елементу як Pb (ІБН 227,5), а найбільш низький для Fe (ІБН 4,7). Комплексні дослідження представників тваринного та рослинного світу дають можливість мати докладніші результати про ступінь забруднення навколишнього середовища різними чинниками антропічного походження.

МОЖЛИВІСТЬ ВИКОРИСТАННЯ БЕЗХРЕБЕТНИХ ПІДСТИЛКИ ДЛЯ БІОІНДИКАЦІЇ СТАНУ ЇХ НАСЕЛЕННЯ ТА ЛІСОВИХ НАСАДЖЕНЬ

Найбільш точними синекологічними характеристиками для біоіндикації виступає видове розмаїття (індекс Шеннона, Сімпсона та інші), багатство населення, структура домінування. Менш надійним для використання є такий показник, як наявність чи відсутність представників великих систематичних груп. Слід враховувати адаптацію багатьох видів до умов існування на забруднених ділянках. Результати порівняння індикаційних характеристик безхребетних підстилки штучних насаджень з зони дії ДВО «Азот» та цементного виробництва показують, що спільним для них є зниження індекса біологічної різноманітності в 1,1-1,2 рази, відсутність у фауні диплопод, збільшення кількості видів стафілінід, збільшення чисельності сапрофагів у 3-4 рази та зниження чисельності фітофагів у 3-7 разів. Серед факультативних біоіндикаторних характеристик можна використати домінантну структуру дощових черв’яків. На ділянках, забруднених викидами ДВО «Азот» з’являються Dendrobaena octaedra, Octolasium complonatum, Lumbricus rubellus, у лісосмугах в зоні дії цементного виробництва Eisenia nordenscioldi, а на обох ділянках Eisenia foetida. Складніше з’ясувати біоіндикаційні характеристики для безхребетних підстилки заплавних лісових біогеоценозів. Деякі показники спільні, а деякі протилежні. Так індекс біотичного різноманіття знижується в 1,4 рази. Зниження кількості видів фауни можна використати як додатковий показник. Структура домінування видів безхребетних підстилки контрольних та забруднених заплавних біогеоценозів досить специфічна і може бути використана в біоіндикаційних цілях. Тільки на забруднених ділянках серед дощових черв’яків з’являється Eisenia nordenscioldi, серед равликів Vallonia costata, серед турунів Pterostichus anthracinus, Pterostichus nigrita, Harpalus amplicollis, серед пластинчатовусих Valgus hemipterus.

ВИСНОВКИ ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

Одержані результати дозволяють рекомендувати моніторингові дослідження різних за станом трансформації екосистем проводити на рівні угруповань, та доповнювати їх на видовому, популяційному та інших рівнях. Межою критичного стану населення безхребетних підстилки слід вважати розподіл особин на рівні виду, поскільки він практично не відновляється.

Список опублікованих праць

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.