Влияние физико-химических свойств серо-бурых почв загрязненных отходами алюминиевого и трубопрокатного заводов г. Сумгаита на жизнедеятельность дождевых червей

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 504.062.2: 631.427                             

Почва является неотъемлемой, важнейшей составной частью биосферы как по пространственному положению, так и по многочисленным процессам, входящим в биогеохимические круговороты и определяющим условия сохранения и нормального протекания жизни на Земле [1–7].

Наиболее могущественным фактором, оказывающим влияние на направление почвообразовательного процесса, являются живые организмы. По словам В. И. Вернадского, «... на земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а поэтому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом» [8]. В почве обитают представители всех четырех царств живой природы — растения, животные, грибы, прокариоты. Пионерами в освоении и преобразовании косного минерального вещества в почве являются различные виды микроорганизмов, лишайники, водоросли. Они еще не создают почву, они готовят биогенный мелкозем — субстрат для поселения высших растений — основных продуцентов органического вещества. Именно им, высшим растениям, как главным накопителям вещества и энергии в биосфере, и принадлежит ведущая роль в процессах почвообразования [3].

Наряду с высшей растительностью большое влияние на процессы почвообразования оказывают многочисленные представители почвенной фауны. Почва обильно населена многочисленными представителями разных групп животных, для которых она представляет не только среду обитание, но и результат их совокупной деятельности. Почвообитающие животные являются мощным биологическим фактором почвообразования и обеспечения высокого плодородия почвы [5]. По типу питания выделяются группы:

• -    Фитофаги — животные, питающиеся подземными частями живых высших растений.

• -    Зоофаги — питающиеся другими животными. К ним относятся хищники и паразиты

• -    Сапрофаги — питающиеся разлагающимися остатками организмов [7].

Почвенные животные, разделяются на три основные экологические группы: геобионты, которые проводят в почве всю жизнь, геофилы, связанные с почвой лишь частью жизненного цикла и геоксены — случайные временные обитатели почвы или использующие ее в качестве убежища [7].

Значение животных для почвообразования многообразно, при этом наибольшую роль играет их деятельность, связанная с процессами разложения, минерализации и гумификации органического вещества. В кишечнике дождевых червей, более крупных обитателей почвы происходит перемешивание минеральных частиц почвы с органическими — создаются водопрочные структурные отдельности, обеспечивающие благоприятные для растений аэрацию почвы и ее водный режим, наиболее благоприятные условия поступления элементов минерального питания в корни растений. Организация почвенных биотических сообществ отличается сложностью их таксономической и функциональной структуры и наличием тесных взаимосвязей между представителями разных систематических групп [3].

Почвенные беспозвоночные являются чуткими индикаторами влажности почвы. Встречаемость тех или иных видов может быть показателем влажности или сухости местообитания. Многие исследователи считают мезофауну одним из лучших биоиндикаторов, так как все активно передвигающиеся виды реагируют на малейшее изменение среды варьированием численности и нарушением соотношений трофических групп. Для определения основных тенденций почвенной динамики с помощью почвенных безпозвоночных серо-бурых почвах первостепенное значение имеют такие показатели, как количественное соотношение отдельных групп, изменение структуры доминирующих представителей трофической структуры, распределения по почвенному профилю. Особую приоритетность приобретает изучение гумусного состояния серо-бурых почв связанная с загрязнением естественных биоценозов техногенными отходами.

Наиболее удобными тест-объектами являются дождевые черви, щелкуны и их личинки, крупные жужелицы, некоторые виды мокриц, чернотелки и их личинки. Более 100 лет тому назад Ч. Дарвин (1882), указывая на огромную работу червей, писал: «... вряд ли найдутся другие животные, которые играли бы столь большую роль в истории мира, как дождевые черви» [9].

Очень образную и глубокую характеристику деятельности земляных червей дал русский почвовед Н. А. Димо (1955), писавший, что под воздействием червей из года в год, из тысячелетия в тысячелетие накапливаются в почвах черты биогенного сложения и структуры, специфические биохимические свойства, невоспроизводимые никаким другим агентом природы [10].

Дождевые черви — фаунистическая группа, доминирующая по своей биомассе среди почвенных беспозвоночных животных многих наземных экосистем, включая экосистемы аграрные. В пищеварительном тракте дождевых червей непереваренные остатки пищи смешиваются с минеральными частицами, склеиваются слизистыми выделениями стенок кишечника, спрессовываются и выбрасываются в почву в виде копролитов. В их кишечнике разрушаются многие почвенные минералы с образованием растворимых соединений. Так, из песчинок базальта высвобождаются такие необходимые для растений элементы как калий, магний, фосфор. Копролиты червей и их ходы в почве обогащены аммиачным азотом, который продуцируется стенками кишечника и поверхностью тела [11].

Черви стимулируют развитие некоторых групп микроорганизмов, что способствует обогащению почвы различными ферментами, активизации ряда важных для растений элементов питания [11].

Воздействие дождевых червей на микроорганизмы почвы может быть прямым и косвенным. К прямым воздействиям относят непосредственное поглощение и переваривание червями микроорганизмов, что вызывает модификацию их популяций [12]. Пример косвенного влияния — модификация дождевыми червями среды обитания микроорганизмов: изменение структуры почвы и концентрации биогенных элементов, гормоноподобные эффекты, передислокация микроорганизмов, перераспределение органического вещества по почвенному профилю и др. [3, 6].

На распространение и численность дождевых червей влияют некоторые свойства почвы: механический состав, реакция среды (рН), а также географические и климатические условия [13].

Оптимальные значения pH почвы для жизнедеятельности дождевых червей различаются в зависимости от вида этих животных и типа почвы. Отсутствие дождевых червей в солончаковых почвах объясняют не столько негативным воздействием реакции почвенного раствора, сколько наличием в нем растворимых солей в больших концентрациях. При этом негативное влияние на червей оказывают концентрация и состав солей [6].

Анионы серной, соляной и азотной кислот вредны для червей независимо от реакции почвенного раствора. Анионы же фосфорной кислоты повреждают дождевых червей преимущественно при значениях рН ≤3 [14]. Черви различных видов в разной степени чувствительны к засолению. Например, дождевые черви А. сaliginosa более чувствительны к засолению, чем E. fetida [6].

Механический состав почв — важный фактор, влияющий на жизнедеятельность дождевых червей. главной причиной отсутствия дождевых червей в торфянистых почвах является недостаток минеральных частиц, необходимых червям для размельчения пищи. Механическая обработка почвы значительно влияет на жизнедеятельность дождевых червей, их численность и структуру популяций [6].

Дождевые черви очень чувствительны к изменению температуры окружающей среды. Быстрая смена температурного режима независимо от ее направленности сопровождалась уменьшением массы тела люмбрицид. Оптимальная температура для роста и поддержания массы A. caliginosa и L. terrestris — 20°С [6].

Таблица.

СОДЕРЖАНИЕ И СОСТАВ СОЛЕЙ В СЕРО-БУРЫХ ПОЧВ ПОД ПОЛЫННО-ЭФЕМЕРНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТЬЮ АЛЮМИНИЕВОГО И ТРУБОПРОКАТНОГО ЗАВОДОВ СУМГАИТА (%/мэкв)

$ s° q S ° §			co	+ d			о		o\ 6'	o\ 6 d
Алюминиевый завод
Проб 1	0,021	0,009	0,175	0,050	0,004	0,033	0,213	0,205	7,38	16,77
0-10	0,35	0,25	3,64	2,48	0,33	1,43
Проб 1	0,021	0,012	0,087	0,016	0,003	0,035	0,180	0,174	7,38	16,77
10-20	0,35	0,35	1,81	0,79	0,22	1,50
Проб 2	0,024	0,588	0,437	0,088	0,019	0,468	1,638	1,624	7,74	17,59
0-10	0,40	16,80	9,10	4,39	1,57	20,34
Проб 2	0,034	0,011	0,029	0,011	0,003	0,015	0,118	0,103	2,07	4,70
10-20	0,55	0,30	0,60	0,56	0,23	0,66
Проб 3	0,040	0,033	0,029	0,018	0,003	0,025	0,158	0,148	6,75	15,34
0-10	0,65	0,95	0,60	0,90	0,23	1,07
Проб 3	0,018	0,170	0,815	0,162	0,005	0,312	1,560	1,482	7,65	17,38
10-20	0,30	4,85	16,97	8,10	0,45	13,57
Трубопрокатный завод
Проб 1	0,037	0,016	0,059	0,018	0,010	0,014	0,170	0,154	9,90	22,49
0-10	0,60	0,45	1,23	0,90	0,79	0,59
Проб 1	0,031	0,009	0,029	0,014	0,004	0,008	0,108	0,095	12,15	27,60
10-20	0,50	0,25	0,60	0,68	0,33	0,34
Проб 2	0,061	0,009	0,029	0,016	0,004	0,017	0,148	0,136	9,45	21,47
0-10	1,00	0,25	0,60	0,79	0,34	0,72
Проб 2	0,034	0,007	0,029	0,009	0,003	0,015	0,108	0,097	10,08	22,90
10-20	0,55	0,20	0,60	0,45	0,23	0,67
Проб 3	0,037	0,014	0,029	0,023	0,004	0,007	0,145	0,114	7,20	16,36
0-10	0,60	0,40	0,60	1,13	0,33	0,30
Проб 3	0,024	0,014	0,029	0,016	0,004	0,009	0,105	0,096	11,25	25,56
10-20	0,40	0,40	0,60	0,79	0,34	0,40

Особенно важным условием для жизнедеятельности червей является достаточная влажность субстрата. В засуху они уходят в более глубокие и увлажненные слои до глубины 150–200 см или впадают в состояние диапаузы, сворачиваясь клубком, для предотвращения излишней потери влаги [15–16].

Наиболее благоприятные условия для обитания дождевых червей обычно складываются в естественных широколиственных лесах, где численность червей может достигать 500-800 особей на 1 м2 а биомасса — 290 г. Как правило, биомасса червей колеблется от 40 до 120 г/м2 [16].

Как упоминалось выше жизнедеятельность дождевых червей зависит от влажности почвы. В естественных биоценозах серо-бурых почв под полынно-эфемерной растительностью ограниченное количество осадков определяет непромывной тип водного режима. Серо-бурые почвы испытывают резкий дефицит влаги. Даже весной запасы продуктивной влаги очень невелики. Слабое промачивание профиля приводит к развитию таких свойств серо-бурых почв, как карбонатность и солончаковатость. Дождевые черви являются отрицательными индикаторами засоленных почв, не переносят даже небольшого засоления.

Серо-бурые почвы с глубины 30–40 см имеют постоянные признаки засоления, которые обычно отчетливо проявляются в первом полуметре. Среди солей преобладают сульфаты и кальция. Серо-бурые почвы относятся к хлоридно-сульфатному типу засоления.

Растительные остатки за один сезон полностью минерализуются, поэтому гумуса здесь образуется крайне мало. В летный очень жаркий и сухой период биологические процессы в почве затухают. Слабое накопление гумуса в пустынных почвах и их почти повсеместная засоленность обусловлены также особенностями биологического круговорота веществ. По данным Л. Е. Родина и Н. И. Базилевич (1965), общее количество органической массы, содержащейся в надземных и подземных органах растений в наиболее распространенных пустынных сообществах на серо-бурых почвах, составляет в среднем около 10 ц/га, т. е. в несколько раз меньше, чем в степях [15].