Научные основы биоэкологического мониторинга антропогенных воздействий при разных видах хозяйственной деятельности на примере территории южной промышленной зоны башкортостана 03. 02. 08 экология (биология)

Вид материала

Автореферат диссертации

Содержание 7.2. Видовой состав 7.3. Численность основных групп почвенной мезофауны 7.5. Зависимость между химическим составом почвы 7.6. Структура почвенной мезофауны 7.7. Почвенная мезофауна газонов на территории г. Стерлитамака 7.8. Почвенная мезофауна в пастбищных экосистемах Динамика массовых групп почвенной мезофауны в природном Использование кустарниковой улитки как Пространственно-временная изменчивость полиморфной Перспективы использования кустарниковой улитки Список основных публикаций по теме диссертации

Подобный материал:

• Рабочая программа дисциплина «Оценка воздействия на окружающую среду» Код дисциплины, 187.91kb.
• Рабочая программа по дисциплине (обязательной по стандарту) «Экология», 152.94kb.
• Отчет по работе объединения «Исследователь родного края», 22.75kb.
• Влияние детоксикантов растительного происхождения на аккумуляцию антропогенных загрязнителей, 264.35kb.
• Условия жизни современного человека кардинально отличаются от условий жизни наших предков, 24.79kb.
• Экономика, 344.27kb.
• Мата на территории России с учетом углеродного цикла в живой и неживой природе и антропогенных, 136.35kb.
• 1. Биология как наука, ее достижения, связи с другими науками. Методы изучения живых, 864.83kb.
• Земельный кадастр, 31.66kb.
• Тема: «Научные основы аутсорсинга в образовании», 25.8kb.

7.2. Видовой состав

На территории исследованных предприятий встречаются виды с широким ареалом распространения (космополитических, палеарктических и голарктических) и значительным диапазоном экологической пластичности. Это преимущественно виды открытых пространств, являющиеся типичными городскими обитателями. Полный видовой состав определенных групп почвенной мезофауны приведен в работе Д. В. Зейферта и др. (2000). Сравнение полученных данных с наиболее обширными материалами по составу фауны беспозвоночных в городских ландшафтах (Czechowski, 1990) показывает, что на исследованной нами территории обитают типичные для городских территорий представители почвенной мезофауны. Сообщество почвенной мезофауны является открытым (Phillipson, 1989; Криволуцкий, 1994), более 60% встреченных видов обнаружены только в одном или двух местообитаниях.

Показано, что сообщества почвенной мезофауны по видовому составу делятся на три группы: первая соответствует растительным сообществам б.с. Kochia scoparia; вторая – б.с. Elytrigia repens и наиболее сходным с ними по видовому составу и условиям местообитания растений и почвенной мезофауны растительным сообществам в газонах; третья – с. Puccinellia distans. Различия между этими группами обусловлены, в первую очередь, режимом увлажнения. В то же время имеется группа видов, распределение которых нельзя объяснить ни одним из анализируемых факторов.

7.3. Численность основных групп почвенной мезофауны

Анализ на уровне более крупных таксонов показывает, что распределение характерных групп животных более целесообразно проводить не для определенных предприятий, а для определенных растительных сообществ.

Из естественных растительных сообществ наибольшее число основных групп почвенной мезофауны отмечено в базальных сообществах Elytrigia repens (Зейферт и др., 2000). Здесь отмечена наибольшая продвинутость сукцессионных процессов (см. рис.1).

В сообществах газонов на территории исследованных предприятий условия для существования почвенной биоты наиболее оптимальные (Зейферт и др., 2000). На газонах максимальны обилие и встречаемость энхитреид, дождевых червей, геофилов, костянок, а также отмечены максимальная общая численность и обилие в пробах муравьев. Аналогичная тенденция отмечена и в отношении жесткокрылых. Разнообразие групп двукрылых также максимально. Только здесь отмечено наличие комаров зимних (Trichoceridae) и болотниц (Limoniidae). Показано наличие достоверного влияния территории предприятия на обилие энхитреид и геофилов, достоверно влияние погодных условий года сбора на обилие пауков (33,1% общей дисперсии численности), геофилов, стафилинид и щелкунов, совокупное воздействие обеих факторов отмечено для клопов.

7.4. Биомасса

В сообществе Puccinellia distans на территории АО "Сода" отмечен самый высокий суммарный уровень биомассы (23,19 г/кв. м) за счет доминирования по весу личинок типулид; эта группа доминирует по биомассе в данном типе сообществ на территории АО "Каустик", встречается в других исследованных растительных сообществах, где по биомассе доминируют жесткокрылые. В базальном сообществе Kochia scoparia на территории АО "Сода" по биомассе доминируют дождевые черви, однако их встречаемость очень низка. Жесткокрылые становятся доминирующей по биомассе группой на территории остальных заводов, где в базальных сообществах Elytrigia repens возрастает как суммарная биомасса, так и фаунистическое разнообразие. На территории АО "Каустик" распределение биомассы основных таксонов почвенной мезофауны наиболее равномерно.

Анализ приведенных данных показывает, что использование величин биомассы почвенной мезофауны для оценки действия промышленных выбросов без учета сопоставления данных по однотипным растительным сообществам может привести к неверной интерпретации результатов.

7.5. Зависимость между химическим составом почвы

и численностью массовых групп мезофауны

Полученные результаты показывают, что все таксоны почвенной мезофауны, реагирующие на изменение численности, относятся к типологической группе, включающей постоянных обитателей подстилки и поверхностного слоя почвы. Все они относятся к одному трофическому уровню. Методами стандартных почвенно-зоологических проб наиболее полно учитываются именно хищники. Кроме того, хищные беспозвоночные, как консументы второго и более высших порядков, в целом отражают валовые характеристики всего сообщества беспозвоночных в конкретном биотопе.

Очевидно, что функциональные реакции массовых групп почвенной мезофауны на действие одного и того же фактора будут в основном зависеть от экологических условий местообитания. Кроме того, полученные результаты прямо свидетельствуют об адаптированности комплексов почвенной мезофауны к существованию на конкретных территориях. Полученные результаты свидетельствуют и о неоднозначном влиянии анализируемых параметров на различные группы педобионтов.

Для анализа реакции педобионтов на содержание в почве серы и ртути использовали сообщества газонов в связи с более оптимальными условиями существования там педобионтов и большей предсказуемостью колебания их численности по типом территории и погодным условиям (более полным вычленением фоновых факторов). На территории АО "Сода", где газоны отсутствуют, были исследованы материалы по базальным сообществам Elytrigia repens, собранные в 1988 году.

Коэффициенты корреляции между содержанием ртути и серы в почвах на территории АО "Каустик" и СНХЗ и АО "Сода" равны соответственно 0,634, -0,074 и -0,108. Выявлены достоверные зависимости между содержанием в почве серы на территории АО "Каучук" и общей численностью мезофауны, в то время как для ртути достоверной зависимости не выявлено ни на одной территории. На территории заповедника Шульган-Таш при среднем содержании серы в почве 0,025  0,015% нами была выявлена достоверная зависимость между общей численностью почвенной мезофауны и содержанием серы (r = 0,672).

Зависимость между содержанием ртути в почвах и общей численностью мезофауны в данном местообитании недостоверна (r = -0,310).

7.6. Структура почвенной мезофауны

В интактных природных экосистемах обилие почвенной мезофауны в существенной мере определяется биотическими факторами (на уровне групп организмов) - конкуренцией, трофическими связями и т.д., а также идущими процессами сукцессии. Поэтому, как правило, зависимость между числом особей в пробе у групп со сходной экологической нишей будет обратной. В то те время на территории промышленных предприятий, подвергающихся интенсивному загрязнению, на взаимное распределение различных массовых групп почвенных животных влияет фактор нарушенности сообщества. Для проверки этого допущения исследовали характер корреляционных связей между обилием разных групп мезофауны на территории исследованных предприятий в деревне Ивановка, Урнякском лесном массиве, в окрестностях г. Стерлитамака, природном парке «Зилим» и заповеднике Шульган-Таш. В анализ включены только те группы почвенной мезофауны, встречаемость которых составляет 50 и более процентов. Все эти данные указывают на наличие эффекта биологической конкуренции в интактных местообитаниях.

На территории химических заводов наблюдается совершенно иная картина. Выявлен положительный характер связей между численностью представителей массовых групп почвенной мезофауны. В б.с. Kochia scoparia на территории АО “Каучук” и СНХЗ в разные годы сопряженность между разными группами меняется, но характер связей остается постоянным. Аналогичные зависимости наблюдаются в б.с. Elytrigia repens и на газонах, где зависимости между обилием отдельных массовых групп мезофауны либо недостоверные, либо положительные достоверные. В нашем случае ряд выявленных зависимостей объясняется трофическими или топическими связями.

В то же время показатели численности и биомассы почвенной мезофауны для вычленения интенсивности воздействия конкретных предприятий в нашем случае использовать весьма затруднительно, поскольку они в подавляющей степени определяются экологическими условиями местообитаний, а не видом и интенсивностью загрязнения. Подобный анализ возможен только в пределах однотипных растительных сообществ.

7.7. Почвенная мезофауна газонов на территории г. Стерлитамака

В пределах города Стерлитамака исследованы территории парков, придорожных газонов и лесопосадок. Снижение численности дождевых червей в парке Кирова свидетельствует об интенсивном вытаптывании территории. Здесь снижается встречаемость энхитреид, пауков, землянок. Это подтверждается и данными по величинам биомассы.

Полученные данные показывают наличие заметных различий в численности и биомассе почвенной мезофауны в однотипных сообществах (газоны) в различных функциональных зонах города. Наиболее характерным показателем является численность дождевых червей, которая в градиенте парковая зона – селитебная зона – промышленная зона варьирует следующим образом: 242,2-76,8→216,4-64,0→51,2-1,8 экз/м². Отметим, что максимально высокая численность и биомасса дождевых червей в селитебно-транспортной и парковой зонах является следствием разомкнутости пищевой цепи, когда резко сокращается число питающихся дождевыми червями хищников. Эти выводы подтверждают данные по численности дождевых червей в Урнякском лесном массиве, которая варьирует от 113,6 до 156,2 экз./м². В тоже время следует заметить, что численность дождевых червей в каждой функциональной зоне города зависит от специфичных для каждой зоны факторов (в промышленной зоне это фактор загрязнения, а в селитебно-транспортной и парковой – вытаптывание).


7.8. Почвенная мезофауна в пастбищных экосистемах

На экосистемы природного парка «Зилим» существенное воздействие оказывает выпас скота. Дождевые черви в данной экосистеме не являются массовой группой педобионтов.

Полученные результаты указывают, что при определении степени воздействий сельскохозяйственных животных на изученную территорию необходимо учитывать ее пространственную неоднородность и другие виды антропогенного воздействия. В целом, полученные результаты показывают, что наличие дорог в местах выпаса скота значительно усиливает негативное воздействия выпаса. Подобное соотношение между массовыми группами почвенной мезофауны ранее было зарегистрировано нами на территории химических предприятий (Зейферт и др., 2000), что свидетельствует о неспецифичности различных видов антропогенного воздействия на структуру массовых групп педобионтов.

9. Динамика массовых групп почвенной мезофауны в природном
   

заповеднике Шульган-Таш

На основе данных за 1998-2002 гг. дисперсионный анализ показал достоверное влияние условий местообитания и года сбора на численность массовых групп мезофауны.

Глава 8. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КУСТАРНИКОВОЙ УЛИТКИ КАК

БИОИНДИКАТОРА КАЧЕСТВА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

1. Биологические особенности кустарниковой улитки как база при
   

исследованиях изменчивости. Характеристика местообитаний;

распределение животных по ареалу популяции

В исследованных местообитаниях оказывается различное воздействие на кустарниковую улитку: в Зауралье ареал кустарниковой улитки расширяется за счет территорий ликвидированных поселков, в Предуралье - территория активно используется населением для рекреационных целей; в Башкирском степном Предуралье - пригодная территория сокращается из-за раскорчевки леса и создания коллективных садов.

8.2. Пространственно-временное биотопическое распределение

Исследован характер перемещения молоди и взрослых улиток в исследованных биотопах (Зейферт, Хохуткин, 2010).

8.3. Размножение, рост, развитие жизненный цикл

В Зауралье улитки спариваются перед уходом в спячку и после зимовки сразу приступают к откладке яиц. В остальных исследованных местообитаниях улитки спариваются после выхода из зимовки, т.е. характер размножения определяется климатическими условиями местообитания. Аналогичными факторами определяется и характер роста улиток. Отметим, что замедленный темп роста в локальных популяциях пойкилотермных животных является более выгодным и экономичным приспособлением при постоянно низких температурах (Чернов, 1975).


8.4. Пространственно-временная изменчивость полиморфной

структуры вида. Опоясанность раковины

Полученные результаты показывают, что выявленное влияние климатических факторов на соотношение полосатых и бесполосых улиток в географически различных местообитаниях является дифференцированным – все действующие климатические факторы проанализированы исходя из физиологического состояния (активности) улиток (активны ↔ находятся в состоянии зимней спячки):

Температура воздуха в мае определяет начало расползания популяции кустарниковой улитки в пределах популяционного ареала;

Количество осадков в третьей декаде августа, в первой второй декадах сентября предыдущего года, определяет степень подготовки улитки к зимовке (возможности поиска подходящего убежища).

Все остальные климатические факторы действуют на улиток, находящихся в неактивном состоянии.

Различия в действии погодных факторов проявляются как на уровне отдельных местообитаний, так и на региональном уровне.

Полученные результаты показывают, что выявленное влияние климатических факторов на соотношение полосатых и бесполосых улиток, проявляющееся в колебаниях разногодичных погодных условий является дифференцированным – данная зависимость проявляется в уменьшении амплитуды колебания соотношения полосатых и бесполосых улиток в окрестностях г. Стерлитамака в сравнении с более северными территориями и более значимого влияния климатических факторов на динамику соотношения полосатых и бесполосых улиток на данных территориях, т.е. данные зависимости более четко выражены в более экстремальных местообитаниях. Подобные зависимости везде проявляется в критические периоды существования популяций (в период спаривания и откладки яиц; миграции из места зимовки на участки обитания в вегетационный период и обратно на зимовку), за исключением осадков в первой декаде июля в Башкирском степном Предуралье (окрестности г. Стерлитамака), где этот показатель может быть связан с сезонным распределением осадков в данной местности, которое определяет перемещения улиток в пределах биотопа.

5. Перспективы использования кустарниковой улитки
   

как биоиндикатора

На структуру и границы популяций кустарниковой улитки начинают влиять различные антропогенные факторы, которые оказывают воздействие, в основном, через инсуляризацию местообитаний. «Классическая» пространственная клина соотношения морф и ее временная динамика зафиксированы в слабо нарушенном местообитании. Поэтому перспективным направлением будущих исследований по экологии кустарниковой улитки будет являться сравнительное изучение популяционных параметров кустарниковой улитки в интактных и инсуляризированных местообитаниях.

Задачей экологического мониторинга является обнаружение в экосистемах изменений антропогенного характера (на фоне естественных флуктуаций) (Вершинин и др., 2006). Для решения такой задачи необходимо определение последствий воздействия антропогенной деятельности на фоне величин естественных флуктуаций популяционной структуры модельных видов, используемых в качестве биоиндикаторов. Отметим, в анализируемых популяциях идет процесс адаптации к новым условиям. Конечным этапом подобных исследований является создание экологического «лекала» в виде модели, позволяющей дифференцировать все фиксируемые параметры, как следствие флуктуаций условий среды или как антропогенного пресса. Это воздействие может проявляться в градиенте загрязнение территории местообитаний → непосредственное разрушение природных местообитаний вида. Данные соображения обуславливают выбор видов-биоиндикаторов из разных систематических групп их большим ареалом распространения, эвритопностью, полиморфизмом и широкой нормой реакции на антропогенные воздействия. Кустарниковая улитка соответствует данным требованиям и может использоваться как биоиндикатор качества окружающей среды (Зейферт, Хохуткин, 1995).


ВЫВОДЫ

1. На территории химических и нефтехимических предприятий степной зоны Башкирского Предуралья выявленные геохимические аномалии типы растительных сообществ связаны с геохимическими аномалиями и удаленностью мест пробоотбора от источников выбросов. Индикаторными маркерами загрязнения являются Mn, содержание которого в растительности достоверно снижается при возрастании уровня загрязнения и Hg, где содержание достоверно снижается при удалении от источника выбросов.

2. Выделено пять наиболее характерных для промплощадок и преобладающих (занимающих более 50 % не застроенной и не покрытой асфальтом территории) типов растительных сообществ. В целом они представляют обедненные диагностическими видами модификации традиционных синтаксонов. Воздействие промышленного загрязнения на фитоценозы и, вероятно, на другие компоненты экосистем в значительной мере перекрывается природными и другими антропогенными факторами среды (стадией сукцессии, режимом увлажнения, микрорельефом и пр.).

3. Показано, что устойчивость прибрежных и водных макрофитов к загрязнению обусловлена не столько специфическими приспособлениями к воздействию этого фактора, сколько преадаптациями к засолению и эвтрофикации поверхностных вод: наиболее подвержены воздействию поллютантов погруженные макрофиты, менее – плавающие на поверхности, еще менее - произрастающие на берегу.

4. Фитотестирование природных и сточных вод на территории Стерлитамакского промузла выявило наличие достоверной связи между химическим составом природных вод и стоков ряда предприятий г. Стерлитамака и показателями фитотоксичности. Обоснована перспективность использования фитотестирования при мониторинге состояния природных и сточных вод, что значительно снизит затраты на проведение химических анализов.

5. На территории исследованных промышленных предприятий встречаются мезопедобионты с широким ареалом распространения (космополитические, палеарктические и голарктические) и значительным диапазоном экологической пластичности. Использование величин численности и биомассы почвенной мезофауны для оценки действия промышленных выбросов и других видов антропогенного воздействия адекватно только с учетом сопоставления данных по однотипным функциональным ландшафтам и растительным сообществам.

6. Как в интактных, так и трансформированных местообитаниях существенная часть изменений численности и биомассы почвенной мезофауны определяется разногодичными погодными условиями и типом местообитания. Наиболее стабильным показателем антропогенного воздействия является характер связей между численностью массовых групп мезопедобионтов.

7. Исследованы качественные и количественные аспекты питания кустарниковой улитки, пространственно-временное биотопическое распределение, размножение, рост, развитие, жизненный цикл, популяционная динамика в различных местообитаниях, а также влияние климатических и разногодичных погодных условий на соотношение особей полосатой и бесполосой морф, что позволяет использовать данный вид как биоиндикатор качества окружающей среды в рекреационной зоне.


СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии

1. Зейферт Д.В., Бикбулатов И.Х., Рудаков К.М., Григорьева И.Н. Растительные сообщества и почвенная мезофауна территорий химических предприятий в степной зоне Башкирского Предуралья. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2000. – 166 с.
   
2. Зейферт Д.В., Хохуткин И.М. Экология кустарниковой улитки Fruticicola fruticum. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2010. – 91 с.
   

Учебные пособия

3. Бикбулатов И.Х., Еришко В.М., Зейферт Д.В., Иванов П.Л. Программа мониторинга и оценки окружающей среды США: Учебное пособие.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 1996.-82 с.
   
4. Зейферт Д.В., Бикбулатов И.Х., Маликова Э.М., Кадыров О. Р. Стандарты качества окружающей среды (учебное пособие). - Уфа: Изд-во БашГУ, 2004.- 270 с.
   

Статьи в ведущих научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК

5. Зейферт Д.В., Шутов С.В.. Оценка роли некоторых наземных моллюсков в переработке листового опада //Экология, 1978.- № 5.- С.58-61.
   
6. Seifert D.V., Shutov S.V.. The consumption of leaf litter by land mollusks // Pedobiologia, 1981.- V.21. No.3.- P.159-165.
   
7. Варшавская О.А., Класс С.М., Зейферт Д.В., Кононенко Е.В. Упорядочение липидов и липид-белковых комплексов в слизи моллюсков и в желчи человека // Биофизика, 1983.- Т.28.- №3. - С.427-431.
   
8. Зейферт Д.В. Действие естественного отбора на генетическую структуру популяций наземного моллюска Bradybaena fruticum (Mull.). //Журн. общей биологии, 1987.- Т. 48.- № 4.- С.549-554.
   
9. Зейферт Д.В., Рудаков К.М., Петров С.С. Влияние промышленно-коммунальных стоков на состав высших водных растений в среднем течении р. Белой (Башкирская АССР) // Экология, 1991.- №1.- С.26-33.
   
10. Зейферт Д.В. Географические различия в действии естественного отбора на генетическую структуру популяций наземного моллюска Bradybaena fruticum (Muller) // Журн. общей биологии, 1991.- Т. 52- № 5.- С.738-745.
    
11. Рудаков К.М., Зейферт Д.В., Карпов Д.Н. Координация фитоценонов в системе синтаксонов эколого-флористической классификации для оценки влияния на растительность промышленного загрязнения атмосферы // Биологические науки, 1991.- № 1.- С.86-92.
    
12. Петров А.С., Зейферт Д.В., Рудаков К.М. Особенности распределения водных макрофитов в среднем течении р. Белой в условиях промышленно-коммунального загрязнения // Экология, 1993.- № 5.- С.9-16.
    
13. Рудаков К.М., Зейферт Д.В., Карпов Д.Н., Петров С.С.. Анализ причин неспецифичности воздействия загрязнения поверхностных вод на прибрежные и водные макрофиты // Биологические науки, 1993.- №1- С. 153-159.
    
14. Зейферт Д.В., Хохуткин И.М.. Использование наземных моллюсков для оценки качества окружающей среды // Экология, 1995.- №4. - С. 307-310.
    
15. Бикбулатов И.Х., Зейферт Д.В., Рудаков К.М. Перспективы использования типического пробоотбора в системе мониторинга промышленного загрязнения окружающей среды // Башкирский химический журнал, 1997. – Т.4.-№2.-С.38-46.