Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Реакция сообществ коллембол на различные и антропогенные преобразования среды обитания (литературный обзор) 6
1.1 Изменения группировок ногохвосток при уплотнении почвы 6
1.2 Сообщества коллембол на нарушенных территориях 8
1.3 Изменения группировок ногохвосток при внесении органических остатков в почву 12
1.3.1 Навоз. 12
1.3.2 Навозные компосты 15
1.3.3 Осадок сточных вод 16
1.3.4 Компосты осадка сточных вод 21
1.4 Группировки коллембол при разложении бытовых отходов города 22
1.5 Постановка задачи работы 24
Глава 2. Материалы и методы использованные в работе 25
2.1 Технология утилизации твердых бытовых отходов 25
2.2 Состав твердых бытовых отходов 27
2.2.1 Морфологический состав 29
2.2.2 Фракционный состав 29
2.2.3 Химический состав 29
2.3 Разложение отходов и сопровождающие его процессы 30
2.3.1 Биологическая деструкция отходов 30
2.3.2 Выделение газов и тепловой энергии при разложении отходов 33
2.4 Характеристика обследованных объектов 34
2.4.1 Общая характеристика района 36
2.4.2 Полигон «Сабурово» 38
2.4.3 Полигон «Левобережный» 38
2.4.4 Полигон «Тимохово» 39
2.4.5 Выделение стадий утилизации мусора 39
2.5 Методы сбора и определения материалов 43
Глава 3. Население коллембол на полигонах ТБО 45
3.1 Общая характеристика населения ногохвосток 45
3.1.1 Таксономический состав группировки 45
3.1.2 Численность 53
3.1.3 Спектр жизненных форм 54
3.2 Группировка коллембол полигона «Сабурово» 55
3.3 Группировка ногохвосток полигона «Тимохово» 70
3.4 Группировка коллембол полигона «Левобережный» 80
Глава 4. Сравнительная характеристика сообществ коллембол обследованных полигонов 87
Глава 5. Практический аспект работы 94
Выводы 96
Список использованной литературы 98
Приложения 108
- Сообщества коллембол на нарушенных территориях
- Таксономический состав группировки
- Сравнительная характеристика сообществ коллембол обследованных полигонов
Введение к работе
Актуальность работы
Антропогенное воздействие на окружающую среду приобрело новые формы и многократно усилилось за последнее столетие. Интенсивная эксплуатация и истощение природных ресурсов приводит к изменению естественных экосистем, их загрязнению и разрушению.
Артефактные экосистемы заменяют естественные. Вновь созданы
территории промышленных ландшафтов, урбоэкосистемы,
модифицированные среды обитания. В них складываются свои, очень далекие от природных, сообщества животных и растений. Однако, развитие и существование таких ценозов происходит по общим законам, свойственным биоценотическим системам. Эти закономерности исследовались в агроценозах, урбоценозах, антропогенных ландшафтах горнодобывающей промышленности.
Захоронение мусора приводит к возникновению площадей повышенной экологической опасности размерами в сотни тысяч гектаров. Ежегодно только на территории Московской области утилизируется свыше 10 млн. тонн отходов на более чем 30 официальных полигонах и как минимум стольких же нелегальных свалках. Наблюдается постоянный рост захораниваемого мусора, и по прогнозам специалистов, его количество может увеличиться в несколько раз уже к концу этого десятилетия.
Площади свалок являются прибежищем и кормовыми угодьями для аборигенных, синантропных и мигрирующих видов флоры и фауны. Исследование группировок этих организмов является важной научной и прикладной задачами. Их изучение позволит прогнозировать воздействие антропогенной нагрузки на экосистемы и их компоненты. Известны исследования популяций микроорганизмов, членистоногих, птиц, млекопитающих на свалках отходов. Работы по изучению группировок почвенных животных этих территорий единичны.
Исследования сообществ коллембол на свалках мусора практически не проводились. Имеются лишь фрагментарные данные об их видовом составе и численности. Изучение сообществ коллембол этих преобразованных территорий необходимо для понимания общих закономерностей формирования антропогенных сообществ в условиях сильной трансформации окружающей среды.
Цель и задачи
Целью работы является исследование группировок коллембол на полигонах по захоронению твердых бытовых отходов. При выполнении работы были поставлены следующие задачи:
-
Выявить группировки ногохвосток на полигонах бытовых отходов.
-
Определить их видовой состав.
-
Проанализировать особенности структуры населения ногохвосток на свалках.
-
Изучить динамику численности коллембол при захоронении мусора.
І БНБЛИОі !.
5. Выявить и изучить сукцессионные смены видов ногохвосток на
полигонах отходов. 6 Оценить индикационные возможности населения коллембол в
характеристике состояния поверхностных слоев утилизированного
мусора.
Теоретическое и практическое значение
В результате проведенных исследований получены видовые списки и охарактеризованы сообщества ногохвосток нескольких полигонов ТБО (твердых бытовых отходов) Московской области. Установлена значительная роль тропических видов в составе их населения на свалках. Впервые сделана попытка изучения сукцессии и сезонной динамики группировок коллембол при разложении городского мусора. Установлено влияние технологии захоронения отходов на население ногохвосток.
Работа расширяет представления о путях формирования группировок почвообитающих микроартропод в искусственно создаваемой человеком среде. Результаты исследования могут применяться при проведении мониторинга свалок бытовых отходов.
Апробация и публикации
Результаты работы были доложены на II (XII) Всероссийском
совещании по почвенной зоологии в Москве в 1999 г. и на XII Съезде
энтомологического общества в С.-Петербурге в 2002 г. Представлена на
заседании кафедры зоологии и энтомологии Mill У. По материалам
диссертации опубликовано 4 печатных работы.
Объем и структура работы
Сообщества коллембол на нарушенных территориях
Обезвреживание бытовых отходов происходит при их анаэробном разложении. Соблюдение этого условия является обязательным санитарно-гигиеническим и технологическим требованием. Мусор должен закрываться слоем грунта, изолирующим его от воздушной среды. Поверхностная изоляция мусора минимизирует период аэробной стадии разложения и способствует его быстрому вовлечению в основной анаэробный процесс обезвреживания, а также препятствует развитию на территории полигона патогенной микрофлоры, распространению инфекционных заболеваний и вспышкам численности синантропной фауны. После отсыпки грунтом, на поверхности полигона создаются условия сходные с описанными для отвалов горнодобывающей промышленности. Такие отвалы образуются в результате добычи полезных ископаемых, их обогащении и переработке. Они представляют собой нарушенные территории, площади которых выровнены механическим способом, отсыпаны слоем почвы или оставлены для самовосстановления.
На отвалах фунтов формируются пионерные сообщества животных и растений. Среди микроартропод первыми проникают коллемболы. Их деятельность способствует первичному почвообразованию. На территориях отвалов коллемболы поддерживают первичное разложение отмирающей органики. Без их деятельности жизнеспособная экосистема на отвалах грунтов не развивается (Dunger, 1989).
Восстановление нарушенных ландшафтов начиналось сходным образом в разных геоботанических зонах (Стебаева, 1986). Первичное заселение городских, угольных, железорудных грунтовых отвалов осуществлялось маловидовыми іруппировками коллембол. В этих сообществах отмечена высокая степень монодоминирования (Dunger. 1989; Hutson, Luff, 1978; Стебаева. 1984; Стебаева, 1986; Малышева, Чернова, 2000).
Видовое разнообразие ногохвосток в условиях зарастания отвалов варьирует. Оно существенно зависело от состава местной фауны, возраста разработок, условий рельефа, юшматических особенностей района исследований. Так, на отвалах КЛТЭКа обнаружено 15 видов коллембол (Стебаева, 1988). Колее богатый набор видов отмечался в угольных разрезах Тульской области, на Донбасских и Кузбасских разработках, на рекультивируемых площадях угольной добычи в Германии - от 23 до 27 видов (Бабенко, 1980; Стебаева, 1986; Dunger, 1989; Тимощенко, 1995). Наибольшее видовое богатство группировок отмечено в Англии на отвалах угольных разработок. Там встречено 33 вида ногохвосток (Hutson, Luff, 1978).
Обычное число видов, участвующих в колонизации грунтосмесей в первый год, не превышало 5. Такой уровень разнообразия пионерных группировок отмечался рядом авторов на отвалах разной географической приуроченности (Стебаева, 1984, 1986; Тимошенко, 1995; Малышева, Чернова, 2000; Dunger, 1989; Hutson, Luff, 1978). Их дальнейшее зарастание приводило к формированию многовидовых сообществ. Так, по данным Дунгера (Dunger, 1989), спустя восемь лет видовое богатство коллембол на самозарастающих буроугольных отвалах возрастало до 25 видов. При этом отмечены существенные флуктуации разнообразия в зависимости от типа грунта, проведения рекультивации и состояния растительности на территории отвалов. Так, развитие группировки коллембол при зарастании грунтосмесей в степной зоне происходило быстрее, чем в горно-таежной. Одного и того же уровня видового богатства в 27 видов сообщество на отвалах степной зоны достигло спустя 12 лет, а в горно-таежной на 18 году сукцессии. По мере старения разработок разнообразие видов может уменьшаться и быть ниже, чем в окружающих биотопах (Стебаева, 1986).
На территориях отвалов отмечено постадийное формирование пионерного комплекса коллембол и ряд общих закономерностей его развития. Так, при зарастании грунтосмесей изменялась представленость жизненных форм ногохвосток. На первой стадии открытых грунтов преобладали гемиэдафические и атмобионтные виды (Стебаева, 1986; Тимошенко, 1995; Малышева, Чернова, 2000; Dunger, 1989). Время ее существования оіраничивалось промежутком 1-2 года (Dunger, 1989).
Вторая стадия развития группы протекала от 3 до 6 лег, а иногда длилась от 7 до 13 лет в зависимости от природных условий (Dunger, 1989). При этом, возрастала доля гемиэдафических форм и появлялись эуэдафические. Последующее развитие комплекса ногохвосток на отвалах варьировало еще сильнее и могло продолжаться от 15-20 лет (Dunger, 1989) до 30-40 лет (Тимошенко, 1995) с момента отсылки. На этой стадии развитие сообщества коллембол стабилизировалось, представленность почвенных форм возрастала. Наблюдались повторные инвазии атмобиотических форм ногохвосток из лесной подстилки окружающих территорий (Dunger, 1989).
Общая численность ногохвосток увеличивается по мере зарастания отвалов. Ее стремительный рост наблюдался в уже в первые годы, а спустя 5-6 лет, мог достигать уровня зональных сообществ (Бабенко, 1980). По исследованиям С.К. Стебаевой с соавторами (1987) на отвалах Кузбасса начальная заселенность чистого суглинка была чрезвычайно мала. Она составляла 45 экз/м2, а на рекультивированных черноземом участках до 140 экз/м2. В первый же год восстановления отвалов отмечена численность коллембол от 5 до 13 тыс. экз/м2, на однолетних - уже 32-34 тыс. экз/м2. Максимальная численность была зарегистрирована на 8-летних отвалах - 155 тыс. экз/м2. Последующее зарастание сопровождалось снижением общего обилия до 17-54 тыс. коллембол (Стебаева.и. др., 1987). Более высокие численности ногохвосток отмечены на 3-7 летних отвалах КАТЭКа. Там зафиксировано 165-228 тыс. экз/м2 (Стебаева, Кулагин, 1984).
Показатели численности коллембол на отвалах горной промышленности разных территорий подчиняются общим закономерностям. Отмечен быстрый начальный рост обилия, а но достижению максимума, дальнейшее постепенное снижение. При этом набор видов группировки сохранялся.
Для формирующихся на отвалах групп коллембол характерно монодоминирование. Среди доминант отмечались виды поверхностных жизненных форм - Lepidocyrtus paradoxus; Entomobrya lanuginosa (Dunger, 1989), Isotoma viridis (Стебаева. 1986). На песчаных субстратах отмечены пионерные виды Willowsia buski и W. nigromaculata а на суглинистых Ceratophysella armata и Isotoma viridis (Набснко, 1980). Среди гемиэдафических видов доминировали чаще всего Proisotoma minuta (Dunger, 1989; Стебаева, 1986; Бабенко, 1980; Малышева, Чернова, 2000).
Таксономический состав группировки
При обследовании полигонов по захоронению твердых бытовых отходов были найдены 42 вида ногохвосток, принадлежащих 7 семействам (табл. 6). Для сравнения: на территории всей Московской области отмечено около 150 видов (Солнцева и др., 1982). Многообразие ногохвосток на полигонах отходов сопоставимо с известными данными по отдельным биотопам региона.
Так, при многолетнем обследовании ельника-зелсномошника в Подмосковье составлен видовой список коллембол в 70 видов (Кузнецова, Бабенко, 1984). В других лесных фитоценозах (ельник-кисличник, березовый лес) отмечено 62 вида. На обрабатываемых землях под различными сельскохозяйственными культурами (клевер, картофель, пшеница) видовой список колембол варьировал от 23 до 41 видов (Солнцева, 1967; Блинников, 1982; Капин, 1983). При приготовлении торфонавозных и компостов растительных остатков зарегистрировано от 32 до 60 видов (Чернова, 1966, 1977). На территориях некоторых скверов и парков Москвы -около20(Солнцева, 1967; Kuznetsova, Sterzynska, 1997).
На свалках разнообразно представлено семейство Isotomidae - 15 видов. Отмечено по 7 видов Hypogastruridae и Entomobryidae, по 4 Neanwidae и Sminthuridae. Обнаружены 5 видов Onvchiuridae и 1 вид Tomoceridae. Структура группировки отличается от известной для биотолов Московской обл (табл. 7). Так, видовая представленность сминтурид, неанурид и томоцерид существенно ниже. При этом, доля видов изотомид в группе выше почти в 2 раза, чем по Подмосковью. По показателю численности на свалках виды Hypogastruridae составляют около 60% всех найденных коллембол, а наиболее разнообразные Isotomidae - лишь 20%.
Численное доминирование коллембол Hypogastruridae и Isotomidae является характерным при разложении скоплений органических остатков, что оіражено Н.М. Черновой в работах по изучению фауны компостов Подмосковья (Чернова, 1966; 1977). То же отмечено и при самовостановлении нарушенных территорий строительных отвалов Москвы (Малышева, Чернова, 2000).
Сравнительная характеристика сообществ коллембол обследованных полигонов
Сравнение группировок коллембол обследованных свалок бытовых отходов позволяет говорить об их близости, однако были найдены и некоторые различия в их структуре.
Так, видовое разнообразие ногохвосток на свалках существенно варьировало. На полигоне «Сабурово» и «Левобережный» отмечены близкие по величине видовые списки, а в «Тимохово» видовое разнообразие было значительно ниже (табл. 23). При этом, доля общих видов ногохвосток существенна для всех свалок, а для «Тимохово» составила 3/4 видового списка.
Наиболее близки видовые списки коллембол свалок «Сабурово» и «Левобережный». Их сходство по Жаккару - более 70%, однако биоценотическое сходство этих группировок (по Жаккару-Наумову) менее 20%. Те же показатели для сообществ коллембол «Тимохово» и «Левобережный» составили - 20 и 30%. Наиболее далеки друг от друга группировки ногохвосток «Тимохово» и «Сабурово» как по показателям Жаккара, так и Жаккара-Наумова. Основное влияние на низкий показатель биоценотического сходства оказали различия в составе доминирующих ногохвосток в сочетании с их высокой численностью в группах. Так, самый значительный показатель биоценотического сходства, среди сравниваемых полигонов, получен для «Тимохово» и «Левобережный» (их видовые списки различаются по величине почти в 4 раза), что несомненно обусловлено доминированием в их выборках вида//, assimilis.
Таксономическая структура группировок ногохвосток на свалках имеет близкий характер - на обследованных полигонах преобладают гипогаструриды, им сопутствуют изотомиды и энтомобрииды. Структура доминирования также сходна. Характерно монодоминирование, массовые виды - одинаковы на разных свалках. Общим является высокая степень агрегации коллембол и их низкая встречаемость в сборах (табл. 24). эвритопными. Характерно, что в составе группировок отсутствуют типичные для аборигенных сообществ представители лесной зоны.
На территориях всех обследованных свалок обнаружены виды южного распространения, которые можно рассматривать как специализированную фауну полигонов. На всех полигонах видовое ядро населения коллембол представлено рудерально-компостными видами и в меньшей степени — эврито иными. Характерно, что в составе группировок отсутствуют типичные для аборигенных сообществ представители лесной зоны.
Общая численность иогохвосток на свалках различна. Ее близкие показатели отмечены в «Тимохово» и «Левобережном», а существенно выше - в «Сабурово». Характерны резкие колебания обилия отдельных видов по стадиям разложения мусора.
