Structure of herpetobiont arthropod population in the overgrowth of coal industry dumps.pdf Введение Угольная промышленность является источником комплексного негативного воздействия на окружающую среду. В результате производственной деятельности на поверхность выносятся огромные количества вскрышных пород, которые постепенно складируются, образуя отвалы. Образовавшиеся начальные экосистемы техногенных ландшафтов могут служить хорошей модельной площадкой для изучения многих теоретических и прикладных проблем экологии. В частности, данные территории перспективно рассматривать в качестве моделей для определения скорости и направления восстановительных сукцессий. Первичная сукцессия начинается сразу же с момента вынесения техногенных элювиев вскрышных пород на поверхность. Первыми техногенно трансформированные ландшафты заселяют микроорганизмы, затем - сосудистые растения, и одновременно вместе с ними формируется животное население, в том числе и различных групп членистоногих. Неотъемлемым компонентом естественных и техногенных экосистем являются мезогерпетобионты - членистоногие средних размерных характеристик, которые обитают на поверхности почвы и в подстилке, в пограничной зоне [1]. Представители герпетобия в большом количестве встречаются в ценозах разной степени нарушенности, в том числе антропогенных, быстро реагируют на изменения экологической обстановки. Кроме того, разнообразие и обилие представителей данной группы беспозвоночных - диагностические признаки физического свойства, гидротермических режимов и направления почвообразовательного процесса. В связи с этим изучение данной группы беспозвоночных является важным звеном экологического мониторинга изменений и состояния природных и нарушенных деятельностью человека экосистем. Исследования отдельных групп мезогерпетобия породных отвалов угольной промышленности проводятся достаточно давно. Часть работ посвящена изучению населения жужелиц [2-10], пауков [11-14], муравьев [15-18]. Немногочисленны работы с анализом общей структуры мезогерпетобия породных отвалов [19-22]. В то же время в представленных работах слабо изучен временной аспект восстановления мезогерпетобия, а таксономическая часть носит лишь фрагментарный характер. Цель данной работы заключается в изучении разнообразия, обилия и сук-цессионных изменений комплексов мезогерпетобионтных членистоногих отвалов угольной промышленности, которые находятся на разных этапах восстановления. Материалы и методики исследования Исследования провелены в мае-августе 2013-2016 гг. в Кемеровской области на отвалах Краснобродского и Кедровского угольных разрезов. Кедровский угольный разрез расположен в 25 км к северу от областного центра - г. Кемерово, в лесной зоне на границе северной лесостепи Кузнецкой котловины и северо-западной подтайги Кузнецкого Алатау. Краснобродский угольный разрез находится в лесостепной зоне центральной части Кузнецкой котловины. Объект исследования - герпетобионтные членистоногие - обитатели поверхности почвы и подстилки, имеющие средние размерные характеристики (мезогерпетобий). На каждом разрезе выбраны модельные участки на отвалах разного возраста. В качестве контроля изучены характерные биотопы в районе исследования, расположенные в непосредственной близости от отвала. Модельные участки Кедровского разреза кратко обозначены Ked, Краснобродского разреза - Krb: Ked-1 (55°30'39"N, 86°04'00''E - координаты расположения участка; 7-10 лет - длительность существования биоценоза): вершина отвала, на котором проведены технический и биологический (посадка сосны обыкновенной Pinus sylvestris L. и эспарцета песчаного Onobrychis arenaria (Kit.) DC.) этапы рекультивации, наблюдаются начальные стадии формирования луговых сообществ; в большом числе имеются отдельные участки каменистых россыпей площадью до 3 м2 из разного формата отвальной породы, полностью лишенные растительности. Проективное покрытие до 50%, на каменистых участках - ниже 10%. Отсутствует задернованность. В травостое преобладают Onobrychis arenaria, одуванчик лекарственный Taraxacum officinale Wigg., донник лекарственныйMelilotus officinalis (L.) Pall., полынь шелковистая Artemisia sericea Web. ex Stechm., горлюха ястребинковая Pic-ris hieracioides L. Ked-2 (55°30'31''N, 86°04'13''E; 10-15 лет): на уступе террасы отвала. Проведены технический и биологический этапы рекультивации. На данном участке сформировался разнотравно-злаковый луг, идет процесс формирования древесного яруса. Задернованность местами составляет более 50%. Проективное покрытие 70-90%. Древесные растения, не образуя сомкнутого покрова, составляют до 5% и фрагментарно расположены в пределах площадки. Древесный ярус представлен березой повислой Betula pendula Roth, ивой козьей Salix caprea L., облепихой крушиновидной Hippophae rhamnoides L. В травянистом ярусе преобладают бодяк щетинистый Cirsium setosum (Willd.) Bess., пырей ползучий Elytrigia repens (L.) Nevski, люцерна серповиднаяMedicago falcata L., Taraxacum officinale. Ked-3 (55°51'39''N, 86°06'17''E; 15-20 лет): вершина отвала, на котором проведены техническая и биологическая рекультивация. Хорошо развит разнотравно-злаковый луг, с доминированием ежи сборной Dactylis glomerata L., Taraxacum officinale, василька шероховатого Centaurea scabiosa L. В то же время имеется древесно-кустарниковая растительность, представленная Hippophae rhamnoides, рябиной сибирской Sorbus sibirica Hedl. и Betula pendula. Задернованность 20-40%. Проективное покрытие 90-100%. Ked-4 (55°30'44''N, 86°03'30''E; 25-30 лет): рекультивируемый участок (техническая и биологическая рекультивация), расположенный на террасе 30-летнего отвала, на котором сформировался разнотравно-бобово-злаковый луг с включением древесно-кустарниковой растительности. Задернованность составляет более 70%. Проективное покрытие 80-100%, площадь древесно-кустарниковой растительности 30-35%. В травостое доминируют Onobrychis arenaria, Melilotus officinalis и представители рода мятлик Poa L. Ked-5 (55°55'72''N, 86°16'72''E) - контроль. Представляет собой участок разреженного осиново-пихтового леса с небольшой примесью Betula pendula и ели сибирской Picea obovata Ledeb. Большую площадь (около 80%) участка занимают поляны, занятые лесным высокотравьем. Проективное покрытие составляет 95-100%. Доминируют многолетние двудольные травянистые мезогигрофиты (борец северный Aconitum septentrionale Koelle, купырь лесной Anthriscus sylvestris (L.) Hoffm., иван-чай узколистный Chamerion angustifolium (L.) Holub), почва не задернована. Krb-1 (54°15'56''N, 86°53'01''E; 7-10 лет): расположен на платообразно выровненной вершине отвала, на котором проведена техническая и биологическая рекультивация. На участке представлены травянистые сообщества (луга в начальных стадиях формирования), а также отдельные экз.емпляры древесных (тополь бальзамический Populus balsamifera L.) и кустарниковых (Hippophae rhamnoides, Salix caprea) растений, не сформировавших к настоящему времени отдельного яруса. Часть поверхности (до 20%) полностью лишена растительности и занята каменистыми россыпями из мелкого формата отвальной породы. Задернованность отсутствует. Проективное покрытие от 20 до 45%, на отдельных открытых каменистых участках - ниже 10%. В травяном покрове преобладают Artemisia sericea, марь остистая Chenopodium aristatum L., молочай лозный Euphorbia virgate Waldst. et Kit. Krb-2 (54°10'17''N, 86°25'18"E; 10-15 лет): расположен на платообраз-но выровненной вершине отвала, где проведена техническая рекультивация. На данном участке сформировался разнотравный луг с доминированием Dactylis glomerata, Centaurea scabiosa, Medicago falcata, Chamerion angustifolium. Проективное покрытие 50-70%. Площадь древесно-кустар-никовой растительности 10-15%. Krb-3 (54°15'66''N, 86°53'12''E; 15-20 лет): расположен на уступе террасы отвала, где осуществлена техническая и биологическая рекультивация. На данном участке формируется березовый лес (доминирует Betula pendu-la). Задернованность составляет 20-30%. Проективное покрытие 50-60%. В травяном ярусе преобладают вейник наземный Calamagrostis epigeios (L.) Roth, Cirsium setosum, земляника зеленая Fragaria viridis Duch., донник белый Melilotus albus Medik. Krb-4 (54°10'15''N, 86°25'05''E; 25-30 лет) - выровненная площадка 30-летнего отвала. Хорошо развиты луговые сообщества, представленные участками разнотравно-бобово-злаковых и разнотравно-злаковых лугов. В травостое преобладают мятлик луговой Poapratensis L., Melilotus officinalis, чина луговая Lathyrus pratensis L., Centaurea scabiosa. Проективное покрытие 60-80%. Задернованность 30-40%. Древесные и кустарниковые растения расположены фрагментарно и представлены Pinus sylvestris, Sorbus sibirica и черемухой уединенной Padus avium Mill. Krb-5 (54°14'72"N, 86°49'27''E) - контрольный участок, берёзовый колок с открытыми полянами (15% площади участка), которые заняты разнотравными луговыми сообществами с преобладанием в травостое вейника тростникового Calamagrostis arundinacea (L.) Roth, Calamagrostis epigeios, вейника тупочешуйного Calamagrostis obtusata Trin. и клопогона вонючего Cimicifuga foetida L. Проективное покрытие 95-100%. Почва задернована. Сомкнутость крон древесного яруса составляет 20-30%, доминирует Betula pendula, изредка представлены осина Populus tremula L. и Salix caprea. Сбор материала проводили стандартным методом - почвенными ловушками (пластиковые стаканчики объемом 200 мл, диаметр горлышка 70 мм). На каждом участке вкапывали по 10 ловушек, которые осматривали каждые 7-10 дней. В качестве фиксатора использовали 10%-ный раствор уксусной кислоты. Динамическую плотность членистоногих выражали в количестве экз. емпляров на 10 ловушко-суток (экз./10 лов.-сут). Всего обработано более 950 проб, учтено свыше 12 тыс. особей. При характеристике мезогерпетобия модельных участков использованы полученные структурные и численные показатели отдельных групп членистоногих, корреляционный анализ (корреляция Спирмена) [23]. Статистическая обработка данных проведена с использованием программ Excel и StatSoft STATISTICA 6.0. Данные представлены в виде среднего арифметического значения со стандартной ошибкой, диаграмм и модели статистически значимых корреляционных связей. Результаты исследования и обсуждение В ходе восстановительной сукцессии на породных отвалах формируется гетерогенное население мезогерпетобионтных членистоногих. Так, детальный анализ таксономической структуры показал, что мезогерпетобионтные комплексы включают представителей шести классов членистоногих: Crustacea, Arachnida, Chilopoda, Diplopoda, Insecta-Entognatha и Insecta-Ectognatha (табл. 1-2). Доминируют на всех участках исследования представители класса Insecta-Ectognatha, на которые приходится от 75,0 (Кедровский разрез) до 84,2% (Краснобродский разрез) от общих сборов мезогерпетоби-онтов на отвалах. В контрольных зонах эти показатели составляют 78,0 и 76,3% соответственно. Паукообразные (Arachnida) являются второй по численности группой герпетобия (рис. 1). На отвалах Кедровского угольного разреза динамическая плотность населения паукообразных в среднем составляла 13,5 экз./10 лов.-сут, что в 3,2 раза меньше, чем насекомых, а в контроле - в 6,8 раз. На Крас-нобродском угольном разрезе плотность населения Arachnida на отвалах достигала в среднем 11,4 экз./10 лов.-сут, что в 6,4 раза меньше плотности населения насекомых. В контрольной зоне плотность населения паукообразных и насекомых различалась в 6 раз. Доля паукообразных в общей структуре мезогерпетобия на отвалах Кедровского угольного разреза (23,3%) превысила данные контроля (11,8%), а на Краснобродском разрезе получены противоположные данные (13,2 и 14,3% соответственно). Средняя динамическая плотность паукообразных на отвалах Кедровского угольного разреза составила 13,5 экз./10 лов.-сут, на Краснобродском - 11,4, в контрольных зонах - 10,4 и 16,0 соответственно. Паукообразные появляются на отвалах угольных разрезов уже на начальных этапах сукцессии; на 7-10-летних отвалах их динамическая плотность достигает 8,9-14,1 экз./10 лов.-сут. В последующие годы наблюдается дальнейший рост численности Arachnida, достигающий на обоих угольных разрезах максимальных значений (17,9-19,0 экз./10 лов.-сут) на отвалах возрастом 15-20 лет, превосходящих значения контрольной зоны. При последующих процессах восстановительной сукцессии плотность населения паукообразных на отвалах снижается и не достигает численных показателей контрольной зоны (рис. 2). Т а б л и ц а 1 [Table 1] Таксономический состав и динамическая плотность мезогерпетобия на отвалах Кедровского угольного разреза и в контрольной зоне, экз./10 лов.-сут [Taxonomic structure and dynamic density of mesoherpetobium on dumps of the Kedrovsky coal mine and in the control zone, specimens/10 trap days] (Mean±SE) Группа [Group] Отвалы [Dumps] Контроль [Control] Ked-5 (55°55'72''N, 86°16'72''E) Ked-1 (55°30'39''N, 86°04'00''E) Ked-2 (55°30'31''N, 86°04'13''E) Ked-3 (55°51'39''N, 86°06'17''E) Ked-4 (55°30'44''N, 86°03'30''E) Crustacea 0,02±0,01 - 0,01±0,001 0,74±0,20 0,04±0,02 Arachnida 14,09±1,45 14,39±3,11 17,86±2,58 7,73±1,33 10,36±0,87 Chilopoda 0,86±0,12 0,88±0,29 0,07±0,02 0,10±0,06 4,55±0,61 Diplopoda - - - 0,01±0,001 1,94±0,39 Insecta-Entognatha 0,72±0,25 0,06±0,04 0,27±0,08 0,01±0,001 2,39±0,34 Insecta-Ectognatha 41,76±2,27 57,71±8,70 38,78±2,98 35,66±3,91 68,28±4,71 Всего членистоногих [Total number of arthropods] 57,48±3,15 73,04±10,60 56,99±4,75 44,23±4,97 87,57±5,58 Т а б л и ц а 2 [Table 2] Таксономический состав и динамическая плотность мезогерпетобия на отвалах Краснобродского угольного разреза и в контрольной зоне, экз./10 лов.-сут [Taxonomic structure and dynamic density of mesoherpetobium on dumps of the Krasnobrodsky coal mine and in the control zone, specimens/10 trap days] (Mean±SE) Группа [Group] Отвалы [Dumps] Контроль [Control] Krb-5 (54°14'72''N, 86°49'27''E) Krb-1 (54°15'56''N, 86°53'01''E) Krb-2 (54°10'17''N, 86°25'18''E) Krb-3 (54°15'66''N, 86°53'12''E) Krb-4 (54°10'15''N, 86°25'05''E) Crustacea 2,85±0,46 - 3,82±0,89 0,01±0,01 0,01±0,01 Arachnida 8,94±1,74 9,98±1,07 18,99±2,68 7,52±1,13 16,01±1,34 Chilopoda 0,08±0,04 0,03±0,02 0,14±0,05 0,01±0,01 2,56±0,32 Diplopoda 0,02±0,01 0,01±0,01 0,02±0,01 - 3,41±0,37 Insecta-Entognatha 0,13±0,05 1,09±0,47 0,38±0,09 0,34±0,23 5,13±1,05 Insecta-Ectognatha 36,14±3,12 150,80±19,36 49,36±4,77 54,43±6,21 84,52±8,57 Всего членистоногих [Total number of arthropods] 48,16±3,73 161,90±19,45 71,31±5,82 62,09±6,77 111,79±9,66 Рис. 1. Соотношение основных таксономических групп мезогерпетобионтных членистоногих на отвалах Кедровского (А) и Краснобродского (B) разрезов (внутренний круг) и в контрольной зоне (наружный круг) по численности, % [Fig. 1. The ratio of the main taxonomic groups of mesoherpetobiont arthropods on dumps of the Kedrovsky (A) and the Krasnobrodsky (B) coal mines (inner circle) and control zone (outer circle) in number, %] Кедровский угольный разрез [Kedrovsky coal mine] Краснобродский угольный разрез [Krasnobrodsky coal mine] Krb-I Krb-2 Krb-3 Krb-4 Krb-5 Ked-2 Ked-3 Ked-4 Участки [Dumps] Участки [Dumps] Рис. 2. Изменение динамической плотности членистоногих основных групп мезогер-петобия на отвалах угольных разрезов во временном аспекте. Столбцы - динамическая плотность группы членистоногих, точки - длительность существования биоценоза, линии на столбцах - планка погрешности, отображающая стандартное отклонение [Fig. 2. The change in the dynamic density of the main groups of mesoherpetobium on dumps of coal mines in the temporal aspect. Columns - The dynamic density of a group of arthropods. Points - Duration of the existence of a biocenosis, Lines on the columns - Standard deviation bars] О "О

Скачать электронную версию публикации