WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     |
|

На правах рукописи

ВАЛЬКОВА Светлана Александровна КОМПЛЕКСЫ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ-САПРОФАГОВ В ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ КОЛЬСКОГО СЕВЕРА 03.00.16 – экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Сыктывкар 2009

Работа выполнена в Институте проблем промышленной экологии Севера Кольского НЦ РАН и на кафедре биологии Кольского филиала Петрозаводского государственного университета Научные руководители: доктор биологических наук, профессор Евдокимова Галина Андреевна, кандидат биологических наук, доцент Зенкова Ирина Викторовна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Болотов Иван Николаевич кандидат биологических наук, доцент Груздева Людмила Ивановна

Ведущая организация: Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН

Защита диссертации состоится «_24_»_декабря 2009 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 004.007.01 в Учреждении Российской академии наук Институте биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН по адресу: 167982, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая 28.

Факс: (8212)24-01-63 e-mail: dissovet@ib.komisc.ru адрес сайта Института: http://www. ib.komisc.ru

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

Автореферат разослан «_» 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета А.Г. Кудяшева доктор биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Сапрофаги – неоднородный в таксономическом и функциональном отношении комплекс организмов, общей особенностью трофики которых является использование энергии и элементов питания, аккумулированных в отмершем органическом веществе. Беспозвоночные животные являются неотъемлемым компонентом сапрофильного комплекса почвенной биоты. Они формируют начальные звенья детритных пищевых цепей. Их разнообразие и обилие определяют направление и динамику трансформации органического вещества в почвах (Стриганова, 1980, 2003, 2006). В свою очередь тип почвы, состав напочвенной растительности, климатические особенности региона влияют на структурнофункциональную организацию комплексов сапрофильных беспозвоночных.

Почвенная фауна Кольского Севера характеризуется естественным пониженным таксономическим и трофическим разнообразием. Экстремальные климатические условия и своеобразие северотаежных подзолов определяют отсутствие или невысокое видовое разнообразие крупноразмерных и кальцефильных беспозвоночных-сапрофагов. Промышленное загрязнение среды является дополнительным фактором, снижающим биоразнообразие сапрофильного комплекса. Это показано на примере почв, подверженных воздействию газовоздушных выбросов крупных промышленных предприятий Мурманской области: медноникелевых комбинатов «Печенганикель» и «Североникель», Кандалакшского алюминиевого завода (Дончева, 1978; Степанов и др., 1991; Воздействие …, 1995; Зенкова, 1999, 2000, 2003, 2005; Евдокимова и др., 2002, 2005; Gilyasova, 1993; Koneva, 1993; Kozlov, 1993; Zvereva, 1993).

С этих точек зрения изучение структурной и функциональной организации комплексов беспозвоночных-деструкторов в естественных и техногенно трансформированных почвах региона весьма актуально.

Цель работы состояла в изучении разнообразия, структуры и динамики сапрофильных комплексов беспозвоночных животных в лесных подзолах Кольского Севера и почвах, загрязняемых выбросами промышленных предприятий региона.

Были поставлены и решены следующие задачи:

1.Исследовать таксономическую и трофическую структуру и количественные показатели сапрофильных комплексов беспозвоночных в подстилках старовозрастных сосняков и ельников Мурманской области.

2.Дать экологическую характеристику ключевым группам сапрофагов, проанализировать их межбиотопическое и внутрибиотопическое распределение, выявить преферендумы по основным эдафическим факторам.

3.Исследовать структуру сапрофильных комплексов беспозвоночных в зонах воздействия промышленных предприятий Мурманской области. Сравнить тенденции изменения структуры и функционирования сапрофильных комплексов вдоль градиентов загрязнения почв поллютантами разной природы.

Научная новизна. Впервые выполнены сравнительные исследования сапрофильных комплексов беспозвоночных в старовозрастных сосняках и ельниках разного типа, произрастающих в центральной и юго-западной частях Мурманской области. Определен видовой состав ключевых групп беспозвоночных-сапрофагов, имеющих наиболее крупные размеры и формирующих значительную долю биомассы сапрофильного комплекса лесных подстилок. Идентифицировано 4 вида дождевых червей (Lumbricidae), 9 видов моллюсков (Mollusca, Stylommatophora), 7 видов щелкунов (Coleoptera, Elateridae). Установлены преферендумы этих видов по основным эдафическим факторам, на основании которых определены виды-индикаторы лесных подстилок разного типа. Для доминирующего в лесных подзолах Мурманской области вида дождевых червей Lumbricus rubellus Hoffm. впервые исследованы размерно-весовые показатели, описана размерно-весовая и возрастная структура и репродуктивная динамика популяций.

Выявлена интересная тенденция, свидетельствующая о большем видовом разнообразии сапрофагов и других трофических групп мезофауны в сосняках и ельниках центральных районов Мурманской области по сравнению с лесными биотопами юго-западной части региона.

На основании сравнения структуры сапрофильных комплексов беспозвоночных вдоль градиентов загрязнения почв газовоздушными выбросами крупнейших в регионе промышленных предприятий разного типа – медно-никелевого комбината и алюминиевого завода – впервые выявлены сходные изменения, свидетельствующие о неспецифической ответной реакции беспозвоночных-деструкторов на загрязнение поллютантами разной природы.

Теоретическая значимость. Представленные в работе данные могут быть использованы при разработке и решении теоретических вопросов, связанных с определением эволюционной молодости бореальных лесов и формирующихся под ними лесных почв (подзолов). Вносят вклад в решение вопросов зоогеографии о трендах расселения видов беспозвоночных по территории Мурманской области. Изучение биологии и экологии доминирующего вида дождевых червей Lumbricus rubellus, как одного из «ключевых» видов-средообразователей, важно для выявления механизмов поддержания устойчивости сообществ почвообитающих беспозвоночных в экосистемах северных широт.

Практическая значимость. Полученные результаты дополняют сведения по фауне беспозвоночных животных Мурманской области, что важно с точки зрения инвентаризации и сохранения биоразнообразия этого заполярного региона. Данные по численности и биомассе сапрофагов позволяют косвенно оценить вклад беспозвоночных в процессы биотрансформации и круговорота элементов, протекающие в целинных и загрязненных почвах Кольского Севера.

Предложенные виды-индикаторы могут быть использованы для диагностики типа лесных подстилок и степени техногенной нагрузки на почву.

Собранный материал используется в качестве демонстрационного при проведении практических и лекционных занятий по дисциплинам «зоология беспозвоночных», «биоиндикация и биотестирование», «экология и охрана почвенных животных» на экологическом факультете Кольского филиала Петрозаводского госуниверситета.

Связь с научными программами. Работа выполнена в рамках программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Биоразнообразие и динамика генофондов» по теме «Почвенная биота в природных и техногенных экосистемах Кольского Севера», 20062008 г.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на конференциях: Разнообразие беспозвоночных животных на Севере (Сыктывкар 2003), Почвы – национальное достояние России (Новосибирск 2004), Экологические проблемы Северных регионов и пути их решения (Апатиты 2004), Экологическое разнообразие почвенной биоты и биопродуктивность почв (Тюмень 2005), Экологические функции лесных почв в естественных и антропогенно нарушенных ландшафтах (Петрозаводск 2005), Структурно-функциональные особенности биосистем Севера (Петрозаводск 2005), Экология и биология почв (Ростов-на-Дону 2006), Современные экологические проблемы Севера (Апатиты 2006), Современные проблемы загрязнения почв (Москва 2007), Лесное почвоведение (Сыктывкар 2007), Биоразнообразие и роль животных в экосистемах (Днепропетровск 2007), Экологические проблемы Северных регионов и пути их решения (Апатиты 2008), Актуальные проблемы сохранения биоразнообразия в экстремальных условиях северного климата (Кировск 2008).

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 30 печатных работ, в том числе — статья в рецензируемом журнале из списка, рекомендованного ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов, приложений и списка литературы, включающего 170 источников, 18 из них на иностранных языках. Работа изложена на 129 страницах, содержит 38 рисунков, 46 таблиц и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1 обобщает литературный материал о разнообразии и роли беспозвоночныхсапрофагов в процессах биотрансформации органического вещества в почвах. Рассмотрены зональные особенности структурно-функциональной организации сапрофильных комплексов, влияние на них промышленного загрязнения.

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Исследованы 10 старовозрастных лесов в подзоне северной тайги Мурманской области.

Сосняки С1, С2 и ельники Е1, Е2 произрастали в центральной части региона на широте 67°. К ним территориально примыкали биотопы С5, Е5. Сосняки С3, С4 и ельники Е3, Ерасполагались на юго-западе области на широте 66° (рис. 1).

Сосняки:

С1 – черничный (67° с.ш. 33° в.д.) С2 – вороничный С3 – кустарничковый (66° с.ш. 29° в.д.) С4, С5 – лишайниковые Ельники:

Е1 – черничный Е2 – черничный влажный Е3 – зеленомошный Е4 – кустарничково-зеленомошный Е5 – лишайниковый Рис. 1. Местоположение исследованных биотопов.

Почвы всех биотопов были представлены Al-Fe-гумусовыми подзолами на моренных песчаных отложениях, почвы сосняка С1 сформированы на озерно-ледниковых песчаных отложениях (Переверзев, 2006). Подстилки сосняков и ельников характеризовались низкой зольностью (7-10%), повышенной кислотностью (pH 3,9-4,2) и органическим веществом водн.

фульватного типа (С :С <1). Подстилка сосняка черничного С1 отличалась повышенной гк фк зольностью (30%), пониженным уровнем кислотности (pH 5,5) и органическим веществом водн.

гуматного типа (С :С =1,2) (табл. 1). Подстилки ельников характеризовались повышенным гк фк увлажнением и содержанием биогенных элементов (K, Ca, Na, Mn, Mg,), более высокими значениями биомассы микромицетов и значительно меньшей биомассой водорослей по сравнению с сосняками (Евдокимова и др., 1995; Никонов, Лукина, 1998).

Полевые работы выполнены в 2002-2007 гг. в сезонной динамике с мая по октябрь.

Образцы лесных подстилок размером 2525 см мощностью 0-5 (9) см отбирали ежемесячно в 510-кратной повторности. Измеряли температуру, влажность и кислотность каждого образца (Аринушкина, 1979). Выборку животных проводили в лаборатории двумя методами: ручным разбором образцов и их последующим электропрогревом (Песенко, 1982; Количественные методы …, 1987). Для определения сырой биомассы животных взвешивали на аналитических весах. Проанализировано 612 образцов подстилок. Выделено ~4,7 тыс. личинок двукрылых, энхитреид, 470 люмбрицид, 550 личинок щелкунов, 130 моллюсков, 2 таракана. Видовая принадлежность щелкунов определена к.б.н., ст.н.с. Института экологии растений и животных УрО РАН Середюк С.Д., дождевых червей – н.с. ИПЭЭ им. А.Н. Северцова РАН Барне А.Ж., моллюсков – к.б.н., ст.н.с. ЗИН РАН Кияшко П.В. Всем специалистам автор выражает искреннюю благодарность.

Таблица 1. Характеристика исследованных биотопов Подстилки Мезофауна Сапрофаги Биото Высота Мощ- Влаж- Числен- Био- Кол- Числен Биоп над ность, ность, % рH ность, масса, во ность, масса, ур.м, м см от ПВ экз./м2 мг/м2 групп экз./м2 мг/мСосняки С1 155 4,8 150 5,5 550 9937 25 230,5 С2 145 4,2 150 4,2 450 783 18 211,7 565,C3 230 7,5 250 4,3 250 225 14 104,4 33,С4 304 4,5 220 4,1 520 724 18 178,7 355,C5 148 4,0 170 н/о 390 186 19 106,0 87,Ельники E1 125 4,5 350 4,3 670 1620 23 369,5 430,E2 120 5,0 410 4,2 650 1060 23 362,8 722,E3 330 2,4 200 4,3 590 763 15 316,5 906,E4 150 9,1 400 4,1 555 880 18 269,7 540,E5 154 7,5 300 н/о 710 680 21 302,8 335,В период с 2000 по 2005 гг. исследованы комплексы сапрофагов в сосняках кустарничковых на удалении 2, 5, 10, 20 км от Кандалакшского алюминиевого завода (КАЗ, г.

Кандалакша). Обработано 130 образцов подстилки, выделено ~ 3 тыс. экз. беспозвоночных.

Результаты исследований сопоставлены с данными по почвенной фауне в зоне воздействия медно-никелевого предприятия «ОАО Комбинат Североникель» (г. Мончегорск), опубликованными ранее (Зенкова, 1999, 2000; Евдокимова и др., 2002).

Статистическую обработку данных проводили в программах Microsoft Excel 7.(описательная статистика и корреляционный анализ) и Statistica 6.0 (кластерный и многофакторный дисперсионный анализ ANOVA). С помощью корреляционного и дисперсионного анализов исследовали влияние свойств подстилок на показатели комплекса сапрофагов. С помощью кластерного анализа оценивали сходство лесных биотопов по разнообразию и обилию беспозвоночных (Лакин, 1990; Ивантер, Коросов, 2003).

Глава 3. КОМПЛЕКСЫ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ-САПРОФАГОВ В ЛЕСНЫХ ПОДЗОЛАХ КОЛЬСКОГО СЕВЕРА Таксономический состав. Комплексы сапрофильных беспозвоночных в лесных подзолах Кольского Севера представлены 6 основными таксонами крупных педобионтов: дождевые черви (Lumbricidae), энхитреиды (Enchytraeidae), моллюски (Stylommatophora), личинки щелкунов (Elateridae) и двукрылых (Diptera), тараканы (Blattoptera). Видовая насыщенность таксонов различается от сотен (у двукрылых) и десятков видов (у энхитреид, моллюсков и щелкунов) до единичных видов у дождевых червей и тараканов (Новиков, 1968; Стриганова, 1973; Почвенные беспозвоночные…, 1986; Шутова, 1999; Чесунов и др., 2008). Различаются спектры питания и степень связи этих групп с почвенной средой.

Pages:     |
|



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.