Биогеоценотический уровень экотоксикологических эффектов в сообществах живых организмов Саратовской области

Наиболее значимыми экологическими проблемами в Саратовской области являются загрязнение урбанизированных и прилегающих территорий автотранспортом, водная эрозия, загрязнение рек промышленными и сельскохозяйственными стоками, а почв – токсичными отходами.

Сложную экологическую обстановку в области, особенно в ее крупных городах, создает наличие большого количества загрязнителей атмосферного воздуха. Это преимущественно предприятия производства стройматериалов и электроэнергетики, химической и нефтехимической промышленности, топливно-энергетического комплекса и автотранспорта [4].

Атмосферный воздух загрязняется выбросами от стационарных (дымовые трубы и вентиляционные шахты промышленных предприятий) и передвижных (автомобильный, авиационный и железнодорожный транспорт) источников.

Начиная с 1993 г. выбросы от стационарных источников сокращаются, что связано с падением объемов производства и, в меньшей степени, с выполнением атмосфероохранных мероприятий на предприятиях городов. Особенностью химического и нефтехимического комплекса является наличие выбросов специфических вредных веществ I и II класса опасности (аммиак, бензол, цианистый водород, фенол, акрилонитрил). В то же время неуклонно растет выброс загрязняющих веществ от передвижных источников, причем на долю автотранспорта из общего объема выбросов приходится 89 %, на долю железнодорожного и авиационного транспорта – 2,5 % [3; 4].

Основные проблемы радиационной безопасности на территории области тесно связаны с эксплуатацией особо радиационно-опасных объектов, к которым относятся Балаковская атомная электростанция и пункт захоронения радиоактивных отходов ГУП Саратовского зонального спецкомбината «Радон» [3].

Площадь контролируемой части района расположения Балаковской АЭС охватывает территории Балаковского, Вольского, Хвалын-ского, Духовницкого и Пугачевского районов. Радиационный фон ежедневно регистрируется на 20 метеостанциях области. В разные годы (2000–2008 гг.) среднее значение радиационного фона по г. Балаково составляет 11–

15 мкР/ч, по области – от 8 до 20 мкР/ч [7]. Несколько раз в год отмечается выпадение повышенной бета-активности в районе следующих городов: Балашов, Калиниск, Саратов, Вольск, Энгельс, Новоузенск, Пугачев, Ершов и других населенных пунктов [3].

В экосистемах на биогеоценотическом уровне протекают вещественно-энергетические круговороты, вызванные жизнедеятельностью организмов, в которые вовлекаются и токсические элементы, загрязняющие среду.

В связи с развитием антропогенного прессинга на природные и рукотворные экосистемы наблюдается сокращение популяций многих ценных видов среди растительного и животного мира [5; 6; 9; 10].

Антропогенное давление испытывают и представители семейства муравьев (Formicidae), представляющих большой практический интерес для лесного хозяйства, для сохранения лесных культур, в том числе сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.). Это определяет актуальность исследований, направленных на разработку программ и практических рекомендаций по сохранению и восстановлению популяций видов из семейства Formicidae.

На территории Саратовской области насаждения сосны производились на песчаных и супесчаных почвах, на которых не способны нормально развиваться другие виды древесных растений, с целью защиты равнинных ландшафтов и полей от ветровалов и почвенных эрозий, для создания лесозащитных зон.

Чтобы наиболее точно оценить плотность поселений муравьев разных видов использовали метод сплошного учета (маршрутный метод) всех имеющихся на данной территории гнезд и гнездовых секций (у видов, сооружающих полисекционные гнезда) [1; 2; 11; 12].

Район исследований включал территорию сосновых насаждений в Балашовском, Арка-дакском, Ртищевском, Саратовском, Вольском и Балаковском районах Саратовской области.

В каждой из пяти возрастных групп культур P. sylvestris L. (3–5, 22–25, 42–45, 62–65, 82–85 лет) в 2000–2008 гг. методом сплошного учета была обследована территория общей площадью 89 500 га. При этом учитывали все гнезда и секции муравьев на учетных участках площадью по 15 га в культурах P. sylvestris

• L.    в каждой из пяти выбранных для подробного изучения возрастных групп.

Для количественной оценки доминирования разных видов муравьев по численности использован индекс Шеннона (H), который вычисляется по формуле [8]:

k

^H = " £ P i ^2 P • i = 1

где P _i – доля каждого ( i -го) вида в сообществе n

[ P = —, где n - численность всех iN гнезд (секций) одного вида (шт./га);

N – общее число гнезд (секций) (шт./ га) на изучаемой территории];

k – число суммируемых элементов.

Степень доминирования вида ( D ) (доля каждого вида сообщества в %) определялась путем вычисления показателя, отражающего отношение числа особей одного вида на фиксированную единицу площади к общему числу всех особей на ту же единицу площади:

D = — -100 %, N где n – число гнезд (секций) этого вида на 1 га;

N – общее число гнезд (секций) всех видов на 1 га [8].

Наиболее богатыми по видовому составу муравьев являются молодые 3–5-, 22–25- и 42– 45-летние культуры сосны. Это объясняется многими причинами, в числе которых начальное интенсивное развитие биоценозов, достаточно освещенные и менее влажные пространства в древостое, необходимое обилие ресурсов среды для большинства видов муравьев, особенно в почвенных, напочвенных, травяных и кустарниковых ярусах. Сокращение видового состава муравьиного сообщества, наблюдающееся с возрастом культур (82–85–летние насаждения), объясняется их приближением к климаксному (равновесному) состоянию.

В таблице 1 отражены результаты вычислений индекса Шеннона и степени доминирования муравьев в относительно сохранившихся и антропогенно нарушенных сосновых насаждениях каждой исследуемой возрастной группы.

Как видно из таблицы 1, в антропогенно нарушенных 3–5-летних культурах P. sylvestris L. значение индекса Шеннона значительно ниже, чем в культурах, не испытывающих антропогенного прессинга у видов F. pratensis и F. cunicularia. Кроме того, под влиянием антропогенных фак-

Таблица 1

Сравнительное значение индекса Шеннона и степени доминирования муравьев в сохранившихся и антропогенно нарушенных культурах P. sylvestris L.

Вид H D, % Культуры Культуры сохранившиеся антропогенно нарушенные сохранившиеся антропогенно нарушенные 3–5-летнего возраста Formica sanguinea 1,7 1,9 4,8 8,8 F. pratensis 3,6 1,2 24,4 5,4 F. cunicularia 2,8 1,5 14,5 7,2 F. exsecta 2,6 0,0 12,8 0 F. rufibarbis 1,5 2,4 3,1 14,2 Lasius platythorax 2,5 2,6 9,7 21,4 Tetramorium caespitum 3,1 3,0 16,2 30,4 Myrmica rugulosa 2,0 2,0 4,8 8,8 M. scabrinodis 2,1 0 0 0 22–25-летнего возраста F. pratensis 1,5 1,5 6,8 2,8 F. cunicularia 2,1 1,6 7,5 3,7 L. platythorax 2,8 3,9 21,1 29,3 L. flavus 2,4 2,5 9,1 11,0 T. caespitum 2,7 3,5 19,8 22,0 M. rugulosa 2,4 1,2 10,1 1,8 M. ruginodis 2,5 3.2 12,0 21,1 Camponotus vagus 1,5 0 6,1 0 M. rubra 2,1 2,2 7,5 8,3 42–45-летнего возраста F. rufa 1,8 0,7 9,8 2,8 F. polyctena 1,1 0 7,4 0 L. platythorax 2,6 2,6 33,4 65,5 L. flavus 2,2 1,2 11,2 11,0 F. fusca 2,4 2,3 14,8 15,2 M. ruginodis 2,3 1,7 13,6 2,1 M. rubra 1,9 0,7 9,8 3,4 62–65-летнего возраста F. rufa 1,9 0,5 14,8 7,8 L. platythorax 2,6 2,5 39,5 59,9 L. fuliginosus 1,3 0 7,4 0 F. fusca 2,3 2,2 22,2 21,1 M. ruginodis 1,7 1,5 11,1 11,2 C. herculeanus 1,1 0 5,0 0 82–85-летнего возраста L. platythorax 1,9 0 59,9 100 L. fuliginosus 0,5 0 16,2 0 C. herculeanus 1,3 0 28,1 0 торов в культурах сосны исчезли виды F. exsecta и M. scabrinodis, но несколько выросло значение индекса Шеннона для F. sanguinea и особенно у F. rufibarbis, что указывает на более высокую толерантность этих видов.

С возрастом культур снижается видовое представительство муравьев. Особенно этот процесс ярко прослеживается в культурах, подверженных синантропному прессингу.

На рисунке 1 отражены результаты вычисления индекса Шеннона для всех учтенных видов муравьев в культурах P. sylvestris L. 3–5-летнего возраста.

Следует отметить, что показатель доминирования по численности для разноразмерных видов муравьев не отражает особенности биоценоза в целом, но необходим для количественной оценки сообществ организмов в пределах одной систематической группы, в частности семейства муравьев [2; 13; 14].

Анализ результатов вычисления степени доминирования каждого вида муравьев показывает, что в антропогенно нарушенных культурах P. sylvestris L. 3–5-летнего возраста доминируют T. caespitum, L. platythorax и

• M.    rugulosa, а в относительно устойчивых, не испытывающих антропогенный прессинг, – F. pratensis, T. caespitum и F. cunicularia.

Во всех возрастных группах, как в устойчивых, так и в антропогенно нарушенных биоценозах, зарегистрировано доминирование L. platythorax. В антропогенно модифицированных культурах 82–85-летнего возраста муравьи представлены одним видом L. platythorax, а в ненарушенных – тремя видами – L. platythorax, L. fuliginosus и C. herculeanus, среди которых доминирует L. platythorax.

Полученные результаты вычисления показателей встречаемости и доминирования характеризуют экологические особенности изучаемых видов семейства Formicidae. Экологически более лабильными видами являются L. platythorax, F. fusca, M. ruginodis, M. rubra, L. flavus и T. caespitum, которые адаптируются к внешним факторам легко и быстро. Представители подрода Formica s. str. (F. rufa, F. polyctena, F. pratensis) и F. cunicularia сокращают численность своих гнезд по двум причинам: 1) являются экологически более консервативными; 2) их хорошо заметные гнезда (муравейники) подвергаются случайному

– насаждения сосны, не подверженные антропогенному прессингу;

– насаждения сосны, подверженные антропогенному прессингу

Рис. 1. Значение индекса Шеннона муравьев в устойчивых и антропогенно нарушенных культурах P. sylvestris L. 3 –5-летнего возраста и даже преднамеренному разрушению человеком. Экологические ниши этих видов занимает L. platythorax, то есть вид, зарегистрированный во всех изученных биоценозах.

Корреляционный анализ всех выявленных загрязнителей среды показал, что наибольший вклад в антропогенную трансформацию сосновых экосистем вносят тяжелые металлы.

В таблице 2 представлены результаты вычисления коэффициента корреляции между содержанием тяжелых металлов в почвенной среде и числом исчезнувших видов муравьев в культурах сосны каждой изучаемой возрастной группы.

platythorax, M. rubra и M. ruginodis поселяются в почве. В то же время L. flavus в большем количестве строят специфический тип гнезд – земляные холмики. Популяции полезных в лесном хозяйстве видов муравьев (F. rufa, F. sanguinea) сокращаются, экосистемы деградируют.

В сосновых экосистемах, испытывающих постоянные антропогенные нагрузки, охотничья активность F. rufa значительно снижена. В данных экосистемах эти муравьи переходят от питания посредством зоофагии к фито- и не-крофагии. Здесь охраняемые территории муравьиных семей значительно меньше в срав-

Таблица 2

Структура корреляционных зависимостей между показателями загрязненности почвы и числом видов муравьев в районе исследований

Возрастная группа культур сосны, лет	Число исчезнувших видов, шт.	Величина корреляционной зависимости
		Сu	Zn	Pb	Co	Cr	V	Ti	Mn
3–5	2	0,14	0,59 *	–0,11	0,076	0,68	0,12	0,27	0,25
22–25	1	–0,5	–0,07	0,02	0,28	–0,3	0,044	0,2	–0,54
42–45	1	–0,5	0,33	–0,02	0,25	0,3	0,35	0,65	0,001
62–65	2	–0,45	–0,32	0,57	–0,2	0,31	–0,27	0,006	–0,16
82–85	2	0,06	–0,31	0,58	0,58	–0,68	0,009	0,53	–0,41

* Здесь и далее в таблице полужирным выделены величины, имеющие достоверную корреляционную взаимосвязь (Р < 0,05).

Таким образом, установлена прямая и обратная корреляционная зависимость между повышенным уровнем загрязнения почвенной среды тяжелыми металлами и снижением их видового разнообразия. При рассмотрении результатов корреляционного анализа обращает на себя внимание то, что наибольшее количество взаимосвязей (4 из 8, 2 из 8 возможных) обнаружено между повышенным содержанием в почве тяжелых металлов антропогенного происхождения и наибольшим числом (2) исчезнувших видов муравьев.

Под воздействием антропогенных факторов многие виды муравьев перестраивают свойственную им стратегию поведения, покидают многие ярусы растительного покрова и даже экосистемы, строят упрощенные непрочные гнезда. Важным приспособительным моментом у муравьев к антропогенному влиянию является их «уход в почву». Так, L.

нении с аналогичными по численности и структурной организацией семьями в сосновых насаждениях, практически не испытывающих влияния техносферы. Семьи образуют меньшее число колонн, значительно упрощена их социальная организация. Гнезда чаще всего имеют упрощенную структуру, часто с неправильной формой гнездовых куполов.

Антропогенные загрязнения оказывают в целом угнетающее влияние на природные и рукотворные экосистемы. Необходим комплекс региональных и федеральных мер по решению выявленных экологических проблем в Саратовской области и сопредельных территориях.