7.2. Влияние техногенеза на количественный состав дождевых червей

Известно, что развитие производительных сил общества основано на интенсификации использования природных ресурсов. В настоящее время масштабы воздействия на природу вследствие научно-технического прогресса возросли. При этом наряду с положительными и желаемыми результатами возникают неблагоприятные и часто непредвиденные последствия: повышение уровня заболеваемости и смертности, отравление почв, уменьшение численности полезных видов животных и растений. Вместе с этим наблюдается снижение урожайности сельскохозяйственных культур, разрушение природных ландшафтов, ухудшение санитарно-гигиенических условий.

Почвенные беспозвоночные – неотъемлемый компонент как лесных, так и луговых биоценозов, они играют важную роль в круговороте веществ. Поэтому изучение их реакции на загрязнение почвенной среды представляет особый интерес для решения проблемы борьбы с техногенными выбросами.

В сложной и неразрывной системе животный организм – техногенная среда наблюдается как воздействие антропогенной среды на животное, так и, наоборот, влияние живых организмов на ее оздоровление. Изучение этих взаимодействий позволит моделировать и создать устойчивые техногенные ландшафты. Техногенные выбросы могут оказывать комплексное и индивидуальное воздействие. Нередко повреждение вызывает одним, преобладающим в окружающей среде соединением. Однако почвенные животные по-разному реагируют на степень загрязненности среды.

Воздействие техногенных выбросов на почвенных животных зависит от многих факторов, в частности от состава, объема и темпа выбросов, их периодичности, состояния и устойчивости растений, ветрового режима.

Одна из причин гибели почвенных беспозвоночных – непосредственный контакт с вредными веществами. Известно, что почвенные животные обладают большой кумулятивной способностью по отношению к свинцу, цинку, ртути, радионуклидам. Уровень этих веществ в теле дождевых червей, жужелиц во много раз превышает содержание их в почве (Передельский, и др., 1960).

Почвенно-зоологические исследования популяций дождевых червей долины Лены проводились в 1998-2003 г.г. в условиях фонового (окрестности с.Еланка, Хангаласский улус) и техногенного (Жатайская нефтебаза) участков.

Район исследований входит в обширную территорию Центральной Якутии и он характеризуется крайне континентальным, засушливым климатом (Шашко, 1961; Гаврилова, 1962; 1976). В пойме повсеместно отмечается многолетняя мерзлота, она отсутствует лишь под руслом Лены (Соловьев, 1959). Глубина сезонного протаивания на пойме составляет с колебаниями по годам около 1,5 м на повышениях и 1 м в низинах.

Наиболее распространенным типом почв поймы являются мерзлотные аллювиальные дерновые почвы. Они формируются под остепненными, не ежегодно заливаемыми лугами. Пойменные дерновые почвы имеют высокое содержание гумуса. Отношение гуминовых кислот к фульвокислотам близко к единице. Емкость катионов поглощения высокая. Поглощающий комплекс насыщен кальцием, магнием и натрием. Присутствие в заметном количестве обменного натрия обуславливает пониженную водопроницаемость и малое содержание водопрочных макроагрегатов. Эти почвы имеют небольшое сульфатно-хлоридное засоление, реакция среды щелочная, с максимумом в середине профиля.

По нижним третям склонов от мезоповышений к понижениям, а также на низких плоских увалах под пологом настоящих лугов формируются мерзлотные аллювиальные дерновые глееватые почвы. В данных почвах признаки оглеения отмечаются в виде охристых точек и небольших примазок сразу под гумусовым горизонтом. Однако глеевого горизонта не образуется, ибо избыточное увлажнение создается лишь весной холодными паводковыми водами, в которых много растворенного кислорода. По небольшим микропонижениям среди мерзлотных дерновых глееватых почв формируются засоленные роды этих почв. В наиболее глубоких мезопонижениях и приозерных ваннах встречаются пятна мерзлотных пойменных солончаков, лишенные растительности. Засоление почв чаще всего сульфатно-хлоридное.

В понижениях под осоковыми и осоково-вейниковыми закочкаренными лугами развиты мерзлотные аллювиальные торфяно-глеевые почвы. В заболоченных почвах максимум оглеения наблюдается в средней части профиля. Это объясняется тем, что для оглеения - процесса связанного с деятельностью микроорганизмов, кроме недостатка кислорода требуется определенный минимум суммы положительных температур, которой недостаточно в надмерзлотных горизонтах.

На повышенных элементах рельефа 1 надпойменной террасы под остепненной растительностью развиваются мерзлотные черноземы. Они сочетаются с лугово-черноземными и черноземно-луговыми почвами. В прошлом мерзлотные черноземы прошли пойменную стадию почвообразования и в своем профиле несут реликтовые черты бывших пойменных почв (засоленность грунтов, слоистость, признаки прошлого оглеения в надмерзлотном горизонте). Мерзлотные черноземы отличаются от обыкновенных черноземов наличием криогенных процессов (признаки оглеения, близкое залегание карбонатного горизонта, листоватое сложение, языковатость генетических горизонтов, относительно меньшее содержание гумуса по сравнению с черноземами Западной Сибири в слое 0-100 см).

Лугово-черноземные почвы занимают пологие склоны увалов надпойменных террас. Это полугидроморфные почвы, обладающие той или иной степенью солонцеватости. Занимают большую площадь по сравнению с черноземно-луговыми почвами. Черноземно-луговые почвы развиваются в понижениях рельефа в условиях оптимального или временно избыточного увлажнения. Поверхность этих почв разбита полигональными морозобойными трещинами. Отличаются от лугово-черноземных почв мощностью гумусового горизонта составляющих до 30-40 см. Часто эти почвы бывают засолены и в них отмечается накопление легкорастворимых солей в верхнем горизонте.

Почвы надпойменной террасы используются под пашни и пастбища совхоза "Якутский", а также рядом с нефтебазой размещены дачные участки. Пойменные почвы используются как пастбища и сенокосы частного и коллективного хозяйства.

Мерзлотные черноземы и черноземовидные почвы являются наиболее ценными и плодородными почвами Сибири. Мощность гумусового горизонта (А+АВ) составляет 30-45 см и содержание гумуса может достигать 350 т/га. На некоторых участках в пониженных местах возможно засоление, которое снижает продуктивность данных почв.

В долине р.Лена Е. nordenskioldi предпочитает более сырые затененные места. На лугах с недостаточным увлажнением дождевые черви находились в пониженных участках рельефа, тяготея к закустаренному разнотравью. В лесах они чаще встречались в макропонижениях, заполненных опавшими листьями и под камнями. Проведенные исследования показали, что значительное количество червей скапливается на дне пересыхающих ручьев, под зарослями кустарника численность червей в среднем составляла 70 экз./м².

Наибольшее количество дождевых червей нами отмечено, по низким берегам проток, стариц, закустаренных пойменных ложбин, а также зарослей ивняков, где почвы имеют оптимальную влажность и богатое содержание органических остатков. В таких местах, на поверхности почвы под сравнительно мощным растительным опадом насчитывалось от 20 до 70 экз./м². На пастбищных лугах дождевые черви в массе обнаруживались под коровьим и конским пометом, в скоплениях органических остатков, листьев и т.д. Здесь нужно отметить, что в условиях Якутии черви обычны и в населенных пунктах, в частности в почвах огородов, под подстилками деревянных тротуаров, где их численность может достигать до 100 экз./ м².

Раскопки, проведенные на пахотных и лесных площадях опытно-методического полигона “Мониторинг”, расположенных в верхней части склона 1 надпойменной террасы показали (рис. 7.2.1), что численность червей здесь очень низка (в среднем 3 экз./м²). Сравнительно высокое количество червей обнаружено на нижней трети части склона (12-45 экз./1м²), что объясняется наиболее оптимальным гидротермическим режимом. Исследования показали, что черви предпочитают здесь почвы легкого механического состава (супесь и легкий суглинок), где в особенно активном состоянии находятся в слое почвы 0-20 см. Здесь нужно отметить, что в долине р.Лены распределение и колебание численности дождевых червей связано с особенностями растительных ассоциаций и гидротермического режима почв. Так, в почвах под разреженным травостоем численность червей значительно ниже, чем в почве под нормальным развитым травостоем (в той же ассоциации). Результаты

проведенных исследований показали, что динамика численности червей-норников коррелируется с колебанием влагозапасов и температурного режима почвы. Так, при усыхании верхних горизонтов почвы, они постепенно мигрируют в нижние, менее иссушенные слои. При этом, в слое 0-30 см остаются только почвенно-подстилочные формы этого вида.

В долине р.Лена обычно встречаются особи с длиной тела 50-70 мм, толщиной 3.3 мм, массой около 450-500 мг. Иногда в сборах попадались более крупные особи с длиной тела 100-120 мм, толщиной 3.8 мм, массой 1000 мг. Средняя численность червей в почвенных пробах равна 20-25 экз./1м². Наиболее высокая численность отмечена в июле.

При исследовании местной популяции дождевых червей окрестности с.Еланка мы установили две морфо-экологические группы дождевых червей. Местные популяции дождевых червей, принадлежащие к одному виду, но отчетливо различающиеся по характеру окраски, размером и числу сегментов, встречались в исследуемых биотопах. Так, на лугах поймы р.Лены где собран исследуемый нами материал, обитает пигментированная форма E. nordenskioldi, представленная крупными экземплярами с интенсивной темно-красной окраской предпоясковой части тела - сильно уплощенным хвостовым концом. Здесь же встречаются значительно более мелкие экземпляры этого вида с меньшим числом сегментов и почти непигментированные. Судя по распределению в почве и внешним признакам, пигментированные особи относятся к питающимся листовым опадом, червям почвенно-подстилочным; слабопигментированные - к группе червей-норников, питающихся гумусовым горизонтом почвы. Таким образом, численность дождевых червей в поверхностном слое почвы зависит в первую очередь от гидротермического режима, механического состава мерзлотных почв, растительности и пищевыми потребностями исследуемого района.

При организации комплексных мониторинговых исследований, изучение реакции почвенных беспозвоночных на загрязнение почвенной среды представляет особый интерес для решения проблемы борьбы с техногенными выбросами.

Необходимо отметить, что в сложной и неразрывной системе животный организм – техногенная среда наблюдается как воздействие антропогенной среды на животное, так и, наоборот, влияние живых организмов на ее оздоровление. Изучение этих взаимодействий позволит моделировать и создать устойчивые техногенные ландшафты. Техногенные выбросы могут оказывать комплексное и индивидуальное воздействие. Нередко повреждение вызывает одним, преобладающим в окружающей среде соединением. Однако почвенные животные по-разному реагируют на степень загрязненности среды (Передельский и др., 1960).

Воздействие техногенных выбросов на почвенных животных зависит от многих факторов, в частности от состава, объема и темпа выбросов, их периодичности, состояния и устойчивости растений, ветрового режима.

Одна из причин гибели почвенных беспозвоночных – непосредственный контакт с вредными веществами. Известно, что почвенные животные обладают большой кумулятивной способностью по отношению к свинцу, цинку, ртути, радионуклидам. Уровень этих веществ в теле дождевых червей, жужелиц во много раз превышает содержание их в почве (Передельский, и др., 1960; Rhee, 1977).

В 1998–2003 гг. в целях выявления техногенного воздействия на люмбрикофауну провели учет количественного состава дождевых червей E. Nordenskioldi на территории Якутской нефтяной базы расположенной около г. Якутска в долине “Туймаада”. Основная производственная база этого объекта находится в северо-западной окраине п. Жатай вдоль левого берега Тулагинской протоки 1 надпойменной террасы реки Лена.

В результате многолетней деятельности нефтебазы без соблюдения правил охраны окружающей среды отмечается значительное загрязнение компонентов природной среды. Так, повсеместно наблюдается разлив горючесмазочных материалов, в результате чего по территории нефтебазы образовались мертвопокровные пятна больших размеров, а также пруды и озерки, покрытые толстым слоем нефтепродуктов.

В настоящее время территория нефтебазы частично отсыпано песчано-гравийной смесью, частично забетонировано под резервуарами и имеются земляные валки вокруг цистерн. Несмотря на это, территория загрязнено нефтепродуктами. Пролитые нефтепродукты накапливаются на пониженных участках и попадают в небольшие озерца внутри территории. Так как территория базы расположено прямо над протокой, в нее просачиваются бензин, керосин, масла и т.д. Хотя этот участок протоки обвалован, ежегодное весеннее половодье уносит эти загрязненные воды в реку Лену.

Многолетнее пребывание почв в условиях промышленного загрязнения ГСМ привело к накоплению в них тяжелых металлов. Количество Pb, Zn, Ni, Cr, Cu, V, Ti, Sr, Sn в почвах нефтебазы возросло в среднем в 1,5-3 раза по сравнению с фоном. Локальное загрязнение Pb, Zn,Cu, Cr, V, Sn достигало 1,5-2 ПДК (Щелчкова и др., 2001). Загрязнение почвы нефтепродуктами приводит к почти полному исчезновению дождевых червей.

В связи с этим, мы провели количественный учет дождевых червей по территории нефтебазы и прилегающих окрестностей. При этом придерживались метода линейных маршрутов расположенных перекрестно друг к другу с охватом всей территории нефтебазы. Почвенные прикопки производились через каждые 50 м до глубины 0-50 см, с отбором проб.

Воздействие нефти и нефтепродуктов на численность дождевых червей и на комплексы мезофауны в целом определяется в первую очередь интенсивностью загрязнения. Наибольшая гибель дождевых червей наблюдался в зонах с максимальным загрязнением, т.е. на территории нефтебазы. При исследовании обнаружено, что в зонах с полным отсутствием растительности, независимо от года разлива, дождевые черви отсутствуют.

При этом, наличие дождевых червей наблюдается только в незагрязненных почвах за территорией нефтебазы. Плотность червей на расстоянии 70 метров от территории нефтебазы (зона с частично восстановленным растительным покровом) равна в среднем 1,2 экз./м². Черви и их коконы находились в 5-6 метрах от водоемов находящихся около территории нефтебазы. Большое количество червей и коконов обнаружено в 120 метрах за территорией нефтебазы (3-5 экз./м²) на глубине 5-10 см.

При рассмотрении устойчивости к углеводородному загрязнению дождевых червей нами выделены уровни загрязнения почвы, так как реакция животных меняется в зависимости от дозы токсиканта. Мы разделили загрязнение на слабое – до 10% нефти в луговом сообществе, когда сохраняется 50% дождевых червей, среднее – от 10 до 20%, когда численность падает еще наполовину, и сильнее – более 20% нефти в подстилке (табл. 7.2.1.).

Таблица 7.2.1.

Средняя численность дождевых червей в зависимости от расстояния очага техногенеза и устойчивость от уровня загрязнения почвы. Жатайская нефтебаза, 1998 г.

Расстояние от нефтебазы, м	Средняя численность, экз./м2	Степень загрязнения (% нефти в подстилке)
Территория нефтебазы	не обнаружено	сильная, > 20
70 м от нефтебазы	1,2 экз./м2	средняя, 10-20
120 м от нефтебазы	3-5 экз./м2	слабая, до 10

При высоком содержании нефти в почве самовосстановления сообществ дождевых червей не происходит. При среднем загрязнении нефтью формируются угнетенные сообщества с низким биоразнообразием и репродуктивным потенциалом.

Использование дождевых червей в качестве индикаторов обусловлено тем, что на землях, интенсивно используемых человеком или поврежденных в результате техногенных катастроф, почвенные беспозвоночные остаются последней группой, по которой можно оценить воздействие на биоту произошедших изменений, а также процессы восстановления или дальнейшей деградации.

В силу особенностей своего развития дождевые черви тесно связаны с химическим составом почвы, реагируя на его изменения при попадании в среду обитания различных загрязняющих агентов. Известно, что при химическом загрязнении местности в первую очередь происходит контаминация поверхностного слоя почвы, затем поллютанты начинают проникать вглубь почвенного профиля, образовывая объемное загрязнение. Поскольку начальные стадии развития люмбрицид примерно на один-два порядка более чувствительны к химическому загрязнению, по сравнению с половозрелыми формами, то, находясь в наиболее загрязненной части почвенного профиля, они в значительной степени страдают, чем взрослые особи. В верхнем почвенном горизонте содержатся не только почвенно-подстилочные и подстилочные дождевые черви, но и проходят начальные стадии развития норников и обитатели среднего яруса. Поэтому существенно сокращается численность люмбрицид в биотопах, подвергнувшихся химическому загрязнению. По мере загрязнения почвенной среды черви, совершают значительные вертикальные миграции в сторону удаления от очага техногенеза. На основании этого, мы заключаем, что по численности популяций дождевых червей, можно судить о степени антропогенного воздействия, что позволяет использовать этих поллютантов в качестве индикаторов в мониторинге окружающей природной среды.

Таким образом, дождевые черви оказались весьма чувствительны к техногенному воздействию, так как внутри территории базы где почва загрязнено горючесмазочными материалами не найдено ни одной особи. По мере загрязнения почвенной среды дождевые черви, совершают значительные вертикальные миграции в сторону удаления от очага техногенеза.

Анализируя данные, можно сделать вывод, что дождевые черви чутко реагируя на техногенное изменение среды, достаточно четко и точно показывают степень загрязнения почвы нефтепродуктами. На основании этого можно предположить, что люмбрициды как одни из наиболее чувствительных почвенных беспозвоночных, могут быть использованы в качестве биологических индикаторов при оценке степени антропогенных нагрузок на биогеоценозы.