WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Сущук Анна Алексеевна

почвенные нематоды трансформированных Экосистем Карелии

03.00.16 экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Сыктывкар – 2009

Работа выполнена в лаборатории паразитологии животных и растений Учреждения Российской академии наук Института биологии Карельского научного центра РАН

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Евгений Павлович Иешко

Официальные оппоненты: чл.-корр. РАН

Белла Рафаиловна Стриганова

доктор биологических наук,

профессор

Модест Михайлович

Долгин

Ведущая организация: Зоологический институт РАН

(г. Санкт- Петербург)

Защита состоится «25» ноября 2009 г. в 14-30 час на заседании диссертационного совета Д 004.007.01 Учреждения Российской академии наук Института биологии Коми НЦ УрО РАН по адресу: 167982, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28.

факс: (8212)24-01-63

E-mail: dissovet@ib.komisc.ru

сайт: http:// www.ib.komisc.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Коми научного центра Уральского отделения РАН по адресу: 167982, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 24.

Автореферат разослан « » 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор биологических наук А.Г. Кудяшева

Общая характеристика работы

Актуальность. Нематоды образуют группу организмов, переживающих ярко выраженный биологический прогресс. Среди различных групп беспозвоночных класс нематод характеризуется в геологической современности высокими скоростями эволюционного процесса. Это проявляется в широком распространении и многообразной экологической дифференцировке группы. Нематоды обитают во влажной среде почвенных капилляров, в донных осадках, паразитируют в широком спектре видов животных и растений (Парамонов, 1962).

Почвенные нематоды имеют тесные трофические связи с бактериями, грибами, растениями; активно участвуют в процессе минерализации веществ и создании почвенного плодородия, выполняют регуляторную функцию через хищничество (Парамонов, 1962; 1964; 1970; Стриганова, 1980; Ferris et al., 2001; Griffiths et al., 2004; Ruess, Ferris, 2004; Ferris, 2007).

Среди множества экологических проблем, возникающих в связи с возрастающим антропогенным прессом на биосферу, проблема охраны почв должна рассматриваться в первую очередь. Почва – начальное и конечное звено трофических цепей, источник жизни и депо метаболитов, среда обитания организмов и место их минерализации, связующее звено биологического и геологического круговоротов. Она выполняет важнейшие функции по защите лито- и гидросферы, а также растительности от загрязнения. Поэтому значение почвы для сохранения экологического равновесия среды обитания всего живого на планете первостепенно (Гиляров, 1965; Лепнева, Обухов, 1987; Лазарева, 1992; Криволуцкий, 1994).

Особое внимание экологами и почвоведами в разных странах, начиная с 60-х годов XX века, уделяется проблеме загрязнения городских почв тяжелыми металлами. Тяжелые металлы вовлекаются в биологический круговорот, передаются по цепям питания и вызывают целый ряд негативных последствий. Изменяется видовой состав, структура и численность микрофлоры и мезофауны. При максимальном загрязнении почва теряет продуктивность и способность к биологическому самоочищению, происходит потеря экологических функций и гибель урбоэкосистемы (Евдокимова и др., 1984; Почва. Город…, 1997).

Таким образом, изучение экологического состояния трансформированного почвенного покрова городов представляет не только определенный теоретический интерес, но и важную практическую задачу с точки зрения мониторинга и определения путей оздоровления экологической обстановки урбанизированных территорий.

Крупные промышленные предприятия города Петрозаводска, места хранения промышленных отходов являются основными загрязнителями почв (Федорец, Медведева, 2005).

Для оценки состояния почвы и мониторинга любых антропогенных изменений важнейшей задачей становится выявление видов-индикаторов состояния среды (Криволуцкий, 1994). Эврибионтность нематод позволяет рассматривать данную группу в качестве удобного биологического теста (Груздева и др., 1998; Матвеева и др., 2001; Груздева и др., 2003; Bongers, 1990; Yeates et al., 1991, 1994; Ettema & Bongers, 1993; Yeates & Van der Meulen, 1996; Wasilewska, 1997; Bongers et al., 2001; Dmowska, Ilieva-Makulec, 2004; Boag et al., 2007; Okada, Harada, 2007).

Благодаря консервативным репродуктивным стратегиям популяции нематод сами по себе довольно стабильны – поэтому изменения их видовой структуры и численности отдельных систематических групп объясняются нарушениями в среде обитания. Короткое время регенерации и большое разнообразие позволяют нематодному населению быстрее, в сравнении с макрофауной, реагировать на какие-либо изменения (Чесунов, 2006). Нематоды могут быть отобраны в почве любого региона, независимо от времени года. При этом не требуется больших по объему образцов и не происходит нарушения исследуемого биотопа (Груздева и др., 2003).

Для определения состояния сообществ нематод и их изменений используются следующие индексы: индекс зрелости сообществ нематод и его модификации (Bongers, 1990; Yeates, 1994; Bongers et al., 1997; Wasilewska, 1997), индексы, характеризующие трофические цепи почвы (Ferris et al., 2001). В качестве показателей также применяют видовое разнообразие фауны, плотность популяций нематод, эколого-трофическую структуру сообщества.

Особую ценность для токсикологических исследований имеют культуры нематод, которые можно использовать в качестве модельных объектов для тестирования ситуаций с разной степенью загрязнения среды (Коваленко, Матвеева, 1994; Коваленко и др., 1998; Чесунов, 2006; Kozlowska, 1981; Haight et al., 1982; Mudry et al., 1982; Donkin & Dusenbery, 1994; Hss, 2007).

Цель настоящего исследования состояла в изучении фауны, структуры сообществ и численности нематод в условиях техногенной трансформации почв и повышенного содержания тяжелых металлов.

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

1. Проанализировать фауну нематод почвы с высоким уровнем загрязнения тяжелыми металлами (Pb, Cu, Cr, Mn, Zn) в зоне влияния промышленного предприятия.

2. Исследовать фауну нематод луговых биоценозов с естественным повышенным фоном тяжелых металлов, обусловленным подстилающей породой.

3. Изучить фауну нематод промышленного отвала на участках с различным уровнем восстановления растительного покрова.

4. Оценить чувствительность почвенных нематод к действию различных концентраций солей кадмия и свинца.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Повышенное содержание тяжелых металлов в почве естественных и трансформированных биоценозов вызывает сходные структурные перестройки в сообществе нематод, проявляющиеся в возрастании численности паразитических видов. С уменьшением концентрации тяжелых металлов в среде увеличивается видовое и эколого-трофическое разнообразие фауны. Наблюдается возрастание индекса зрелости сообщества нематод.

2. При естественном восстановлении нарушенных земель происходит сукцессионная смена родов нематод: на ранних сроках доминируют устойчивые к неблагоприятным условиям среды виды, имеющие низкие значения по с-р шкале Бонгерса (бактериотрофы), на более поздних увеличивается численность хищников и нематод, связанных с растениями, что является показателем процесса регенерации биоценоза. Нестабильность параметров, характеризующих сообщества нематод, связана с начальными этапами почвообразования и формирования растительного покрова нарушенных территорий.

3. Для различных систематических групп нематод выявлена пороговая чувствительность и специфичность реакции к кадмию. Воздействие свинца на популяции нематод было менее выраженным: отсутствовала четкая временная реакция отдельных таксонов. Массовая смертность нематод различных родов зафиксирована на 11-13 сутки, данный период можно выделить как пороговый для всех исследованных концентраций Pb. Соли кадмия по сравнению с солями свинца обладали более высокой токсичностью для популяций нематод.

Научная новизна. Исследования фауны и структуры сообществ почвенных нематод как биоиндикаторов загрязнения среды тяжелыми металлами в условиях северных экосистем проведены впервые. Изучена антропогенная сукцессия сообществ почвенных нематод после полной деградации растительного и почвенного покрова. Нами показаны особенности индивидуальной чувствительности нематод различных систематических групп к свинцу и кадмию в экспериментальных условиях. Составлены ряды чувствительности нематод к ТМ. Установлено, что кадмий более токсичен для нематод, чем свинец. Выявлены роды-индикаторы загрязнения почвенной среды свинцом и кадмием. Обнаружен новый для Карелии вид фитопаразитических нематод из рода Longidorus, имеющий по литературным данным северную границу распространения по широте Вологды (широта 59°13' N, долгота 39°54' E).

Теоретическая значимость. Полученные данные вносят вклад в познание экологии почвенных нематод в антропогенно трансформированных биоценозах. Определены некоторые механизмы адаптации и поддержания стабильности сообществ почвенных нематод в условиях загрязнения среды тяжелыми металлами.

Практическая значимость. Показаны биоиндикационные возможности использования сообществ нематод для оценки состояния нарушенных экосистем и этапов естественного восстановления техногенного ландшафта. Выявлены роды почвенных нематод, чувствительные и устойчивые к воздействию свинца и кадмия, которые могут быть использованы в качестве индикаторов загрязнения почв тяжелыми металлами.

Личный вклад автора. Соискатель принимал активное участие во всех этапах подготовки диссертационной работы: постановке и решении задач исследования, сборе полевого материала, его камеральной и статистической обработке, анализе и опубликовании результатов.

Апробация результатов. Результаты исследований представлялись на Международной научно-практической конференции «Роль молодых ученых в развитии науки» (г. Великие Луки), на VII Международном нематологическом симпозиуме «Нематоды естественных и трансформированных экосистем» (Петрозаводск, 2007 г), на экологическом конгрессе ELPIT 2007 (г. Тольятти), конференции молодых ученых и специалистов «Сбалансированное природопользование. Глубокая переработка минеральных ресурсов» (Апатиты, 2007), на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям» (Москва, 2008), на Всероссийской молодежной научной конференции «Актуальные проблемы экологии и биологии» (Сыктывкар, 2008), на 5-м Международном конгрессе по нематологии (Австралия, 2008), на Международной научно-практической конференции «Сохранение биологического разнообразия наземных и морских экосистем в условиях высоких широт» (Мурманск, 2009). Сделано 3 устных и 3 стендовых доклада, научный доклад на Ученом совете ИБ КарНЦ РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ: 1 статья в рецензируемом журнале «Паразитология», 5 тезисов по материалам всероссийских и международных конференций, 7 статей в сборниках и материалах конференций (Петрозаводск (3), Великие Луки, Апатиты, Тольятти, Мурманск), 2 статьи в сборнике «Труды КарНЦ РАН», серия Биогеография.

Принята в печать 1 статья в рецензируемый журнал «Успехи современной биологии».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, заключения и содержит 28 рисунков, 5 таблиц, 9 приложений. Общий объем работы – 137 страниц. В списке литературы – 115 источников, в т. ч. 60 на иностранных языках.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность своим научным руководителям д. б. н., проф. Иешко Е. П. и к. б. н., доц. Груздевой Л. И. за руководство работой, помощь и поддержку. Автор благодарит Матвееву Е. М., Коваленко Т. Е. и всех сотрудников лаборатории паразитологии животных и растений ИБ КарНЦ РАН за многочисленные советы и консультации. Автор признателен Морозову А. К. (ИЛ КарНЦ РАН) за помощь в определении содержания тяжелых металлов. Автор особо благодарит Симонова А. Г. за всестороннюю поддержку и помощь в сборе материала, свою семью за поддержку и понимание.

Связь с научными программами. Исследования выполнены в рамках Программы НИР «Влияние экологических факторов на распространение и численность паразитов водных и наземных сообществ Фенноскандии» и Программы фундаментальных исследований ОБН РАН «Биологические ресурсы России: фундаментальные основы рационального использования» по теме: «Нематоды как индикаторы состояния и степени изменений почвенной экосистемы при утилизации промышленных отходов, использование биоудобрений в условиях Северо-Запада России» № 01.2.006 08823.

Содержание работы

Глава 1. Литературный обзор

Обобщены литературные данные, касающиеся классификаций почвенных нематод, рассмотрены преимущества использования нематод в качестве организмов-биоиндикаторов различных нарушений среды, в том числе при загрязнении почвы тяжелыми металлами (ТМ), освещены результаты изучения изменений структуры сообществ почвенных нематод, происходящих под влиянием загрязнений промышленными выбросами, приведены сведения о чувствительности разных видов нематод к воздействию поллютантов.

Глава 2. Объекты и методы исследований

Объекты исследований: сообщества почвенных нематод, населяющих органогенный и минеральный горизонты естественных и антропогенно трансформированных почв, модельные виды нематод.

Полевые работы выполнены в период 2006-2008 гг. Почвенные образцы были отобраны по генетическим горизонтам в зоне влияния промышленного предприятия АО «ОТЗ» (г. Петрозаводск) с повышенным содержанием Pb, Cu, Zn в почве, в луговых биоценозах острова Кижи, почва которого характеризуется естественным повышенным фоном тяжелых металлов, обусловленным подстилающей породой. На территории полигона промышленных отходов изучено влияние токсичных веществ, вымываемых из тела отвала, на сообщества почвенных нематод окружающих территорий и динамика восстановления сообществ почвенных нематод после полной деградации почвы и напочвенного покрова на поверхности отвала.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»