Введение
Тяжёлые металлы являются одним из наиболее распространенных и опасных загрязнителей окружающей среды [6, 8].
Изучение влияния этих ингредиентов загрязнения проводится преимущественно вокруг металлодобывающих и металлоперерабатывающих заводов в полевых условиях [3].
Показано, что дождевые черви являются наиболее многочисленной и чувствительной группой, реагирующей на загрязнение [2]. Большинство авторов отмечают снижение обилия люмбрицид, уменьшение таксономического разнообразия [4, 7]. Данные, касающиеся возрастной структуры дождевых червей и их вертикального распределения встречены нами лишь в нескольких работах и отличаются противоречивостью. Так Е. Л. Воробейчик (1998) в своей работе отмечает, что в зоне влияния Среднеуральского медеплавильного завода наблюдается сдвиг дождевых червей в сторону подстилки, при этом отмечается, что именно подстилка содержит максимальные концентрации поллютантов, вокруг же Красноуральского медеплавильного комбината, напротив, наблюдается смещение дождевых червей в нижние горизонты почв [1]. На основании вышеперечисленного можно сформулировать проблемный вопрос: какие изменения происходят с дождевыми червями в лабораторных условиях при фиксированных значениях факторов природной среды (влажность, температура и д.р.) в присутствии комплекса полютантов. Исходя из вышесказанного, целью данного исследования являлось: Изучение влияния выбросов Среднеуральского медеплавильного завода на различные показатели малого красного червя в условиях вермикультивирования. Для достижения данной цели, ставились следующие задачи:
- Проанализировать выживаемость половозрелых люмбрицид под действием комплекса полютантов.
- Изучить и сравнить продуктивность L. rubellus при наличии комплекса полютантов и на чистой почве.
- Определить характер влияния комплекса полютантов в субстрате на выживаемость неполовозрелых особей.
- Проанализировать возрастную структуру популяций L. rubellus.
- Изучить влияние комплекса полютантов на вертикальное распределение малого красного выползка в субстрате.
Материал и методы исследования
Для эксперимента использовались пластиковые сосуды ёмкостью 2 л. На дно сосудов помещался крупный дренаж слоем 2 см. Сверху укладывался почвенный субстрат слоем 12 см. Для этого осенью 2007 года нами отбирались сборные пробы почвы и подстилки из трёх площадок в зоне 5 км от Среднеуральского медеплавилього завода и 3 площадок в зоне 30 км от источника эмиссии. В качестве подстилки использовался моховой пласт. В каждый сосуд помещались по 10 половозрелых и 5 ювенильных особей L. rubellus. Опыт проводился в пятикратной повторности для загрязнённых и трёхкратной для контрольных почв. Сосуд покрывался хлопковой тканью, которая закреплялась с помощью резинки, чтобы избежать миграций дождевых червей. половозрелых особей L. rubellus. Всего в эксперименте использовалось 120 особей.
Данные о содержании загрязняющих веществ в почве были предоставлены лабораторией экотоксикологии ИЭРиЖУрО РАН.
Для изучения вертикального распределения различных возрастных состояний и других параметров, почва в ящиках разбиралась послойно: 0 – 4 см, 4 – 8 см, 8 – 12 см. Почва по слоям выкладывалась на клеенку, и производился ручной разбор с фиксацией результатов методом конвертов. Обработка данных производилась с помощью стандартных статистических методов [5].
Результаты исследования и их обсуждение
Выживаемость половозрелых особей
Как видно из рис. 3, на контроле наблюдалась 53%-ая выживаемость особей (P˂0,05). При наличии полютантов, наблюдалась тенденция к снижению численности, по окончанию опытов, средняя численность особей составила 1,9 ос./сосуд (P˂0,05).
Рис. 3. Выживаемость половозрелых особей L. rubellus при наличии и отсутствии полютантов в почве
Продуктивность
В присутствии полютантов, наблюдался пик продуктивности, далее продуктивность упала до 0 (рис. 4), это предшествовало массовой гибели дождевых червей (P˂0,05). Возможно, это защитный биологический механизм, дающий популяции шанс выжить в неблагоприятных условиях. В экотоксикологии популяций этот эффект условно был назван эффектом «омоложения» популяции.
Рис. 4. Продуктивность L. rubellus при наличии и отсутствии полютантов в почве
На контроле кокны появились через 3 недели, после чего наблюдалась стабильно растущая продуктивность. К концу эксперимента в среднем она составила 1 кокон на сосуд (P˂0,05).
Выживаемость неполовозрелых особей
Как видно из рис. 5, в выживаемости неполовозрелых особей наблюдаются похожие тенденции, что и в откладке коконов червями. На контроле наблюдается 69% выживаемость неполовозрелых особей, что способствует постепенному увеличению численности популяции, не создавая избыточной плотности. При наличии полютантов динамика выживаемости почти равномерно спускается до 0 (P˂0,05).
Рис. 5. Численность неполовозрелых особей L. rubellus при наличии и отсутствии полютантов в почве
Возрастной спектр
На контроле наблюдается постепенное увеличение доли коконов, но в целом отмечается стабильный тип возрастного спектра. Как мы отмечали выше, количество половозрелых и неполовозрелых особей остаётся постоянным, постепенно увеличивается обилие коконов.
При наличии полютантов, к концу эксперимента популяция состоит практически из одних половозрелых особей. Это можно объяснить низкой выживаемостью неполовозрелых особей и небольшим выходом ювенильных червей из коконов.
Рис. 6. Возрастной спектр L. rubellus при наличии и отсутствии полютантов в почве
Вертикальное распределение в субстрате
Рис. 7. Вертикальное распределение половозрелых особей L. rubellus при наличии и отсутствии полютантов в почве
Как видно из рис. 7, на контроле черви очень подвижны, поэтому обнаруживаются во всех слоях субстрата. На загрязнённой почве черви смещались в нижние слои и отличались очень низкой активностью.
Заключение
1. Присутствие полютантов в субстрате способствует гибели малого красного выползка. Перед этим провоцируется высокая разовая продуктивность люмбрицид, на контроле наблюдалась 87% выживаемость дождевых червей.
2. На контроле наблюдается стационарный тип возрастной структуры, на загрязненной почве регрессивный, к концу эксперимента он представлен преимущественно половозрелыми особями.
3. Присутствие загрязняющих веществ в субстрате способствовало уменьшению подвижности дождевых червей и их перемещению в нижние слои почвы.
Рецензенты:
Сидоров Г.Н., д.б.н., профессор кафедры биологии ФБГОУ ВПО «Омский государственный педагогический университет», г. Омск.
Богданов И.И., д.б.н., профессор кафедры экологии ФБГОУ ВПО «Омский государственный педагогический университет», г. Омск.