Введение к работе
Актуальность. Сапрофаги - неоднородный в таксономическом и функциональном отношении комплекс организмов, общей особенностью трофики которых является использование энергии и элементов питания, аккумулированных в отмершем органическом веществе. Беспозвоночные животные являются неотъемлемым компонентом сапрофильного комплекса почвенной биоты. Они формируют начальные звенья детритных пищевых цепей. Их разнообразие и обилие определяют направление и динамику трансформации органического вещества в почвах (Стриганова, 1980, 2003, 2006). В свою очередь тип почвы, состав напочвенной растительности, климатические особенности региона влияют на структурно-функционалыгую организацию комплексов сапрофильных беспозвоночных.
Почвенная фауна Кольского Севера характеризуется естественным пониженным таксономическим и трофическим разнообразием. Экстремальные климатические условия и своеобразие северотаежных подзолов определяют отсутствие или невысокое видовое разнообразие крупноразмерных и кальцефильных беспозвоночных-сапрофагов. Промышленное загрязнение среды является дополнительным фактором, снижающим биоразнообразие сапрофильного комплекса. Это показано на примере почв, подверженных воздействию газовоздушных выбросов крупных промышленных предприятий Мурманской области: медно-никелевых комбинатов «Печенганикель» и «Североникель», Кандалакшского алюминиевого завода (Дончева, 1978; Степанов и др., 1991; Воздействие ..., 1995; Зенкова, 1999, 2000, 2003, 2005; Евдокимова и др., 2002, 2005; Gilyasova, 1993; Koneva, 1993; Kozlov, 1993; Zvereva, 1993). С этих точек зрения изучение структурной и функциональной организации комплексов беспозвоночных-деструкторов в естественных и техногенно трансформированных почвах региона весьма актуально.
Цель работы состояла в изучении разнообразия, структуры и динамики сапрофильных комплексов беспозвоночных животных в лесных подзолах Кольского Севера и почвах, загрязняемых выбросами промышленных предприятий региона.
Были поставлены и решены следующие задачи:
Исследовать таксономическую и трофическую структуру и количественные показатели сапрофильных комплексов беспозвоночных в подстилках старовозрастных сосняков и ельников Мурманской области.
Дать экологическую характеристику ключевым группам сапрофагов, проанализировать их межбиотопическое и внутрибиотопическое распределение, выявить преферендумы по основным эдафическим факторам.
Исследовать структуру сапрофильных комплексов беспозвоночных в зонах воздействия промышленных предприятий
Мурманской области. Сравнить тенденции изменения структуры и функционирования сапрофильных комплексов вдоль градиентов загрязнения почв поллютантами разной природы.
Научная новизна. Впервые выполнены сравнительные исследования сапрофильных комплексов беспозвоночных в старовозрастных сосняках и ельниках разного типа, произрастающих в центральной и юго-западной частях Мурманской области. Определен видовой состав ключевых групп беспозвоночных-сапрофагов, имеющих наиболее крупные размеры и формирующих значительную долю биомассы сапрофильного комплекса лесных подстилок. Идентифицировано 4 вида дождевых червей (Lumbricidae), 9 видов моллюсков (Mollusca, Stylommatophora), 7 видов щелкунов (Coleoptera, Elateridae). Установлены преферендумы этих видов по основным эдафическим факторам, на основании которых определены виды-индикаторы лесных подстилок разного типа. Для доминирующего в лесных подзолах Мурманской области вида дождевых червей Lumbricas rubellus Hoffm. впервые исследованы размерно-весовые показатели, описана размерно-весовая и возрастная структура и репродуктивная динамика популяций.
Выявлена интересная тенденция, свидетельствующая о большем видовом разнообразии сапрофагов и других трофических групп мезофауны в сосняках и ельниках центральных районов Мурманской области по сравнению с лесными биотопами юго-западной части региона.
На основании сравнения структуры сапрофильных комплексов беспозвоночных вдоль градиентов загрязнения почв газовоздушными выбросами крупнейших в регионе промышленных предприятий разного типа -медно-никелевого комбината и алюминиевого завода - впервые выявлены сходные изменения, свидетельствующие о неспецифической ответной реакции беспозвоночных-деструкторов на загрязнение поллютантами разной природы.
Теоретическая значимость. Представленные в работе данные могут быть использованы при разработке и решении теоретических вопросов, связанных с определением эволюционной молодости бореальных лесов и формирующихся под ними лесных почв (подзолов). Вносят вклад в решение вопросов зоогеографии о трендах расселения видов беспозвоночных по территории Мурманской области. Изучение биологии и экологии доминирующего вида дождевых червей Lumbricus rubellus, как одного из «ключевых» видов-средообразователей, важно для выявления механизмов поддержания устойчивости сообществ почвообитающих беспозвоночных в экосистемах северных широт.
Практическая значимость. Полученные результаты дополняют сведения по фауне беспозвоночных животных Мурманской области, что важно с точки зрения инвентаризации и сохранения биоразнообразия этого
заполярного региона. Данные по численности и биомассе сапрофагов позволяют косвенно оценить вклад беспозвоночных в процессы биотрансформации и круговорота элементов, протекающие в целинных и загрязненных почвах Кольского Севера. Предложенные виды-индикаторы могут быть использованы для диагностики типа лесных подстилок и степени техногенной нагрузки на почву.
Собранный материал используется в качестве демонстрационного при проведении практических и лекционных занятий по дисциплинам «зоология беспозвоночных», «биоиндикация и биотестирование», «экология и охрана почвенных животных» на экологическом факультете Кольского филиала Петрозаводского госуниверситета.
Связь с научными программами. Работа выполнена в рамках программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Биоразнообразие и динамика генофондов» по теме «Почвенная биота в природных и техногенных экосистемах Кольского Севера», 2006-2008 г.
Апробация работы. Результаты исследований доложены на конференциях: Разнообразие беспозвоночных животных на Севере (Сыктывкар 2003), Почвы - национальное достояние России (Новосибирск 2004), Экологические проблемы Северных регионов и пути irx решения (Апатиты 2004), Экологическое разнообразие почвенной биоты и биопродуктивность почв (Тюмень 2005), Экологические функции лесных почв в естественных и антропогенно нарушенных ландшафтах (Петрозаводск 2005), Структурно-функциональные особенности биосистем Севера (Петрозаводск 2005), Экология и биология почв (Ростов-на-Дону 2006), Современные экологические проблемы Севера (Апатиты 2006), Современные проблемы загрязнения почв (Москва 2007), Лесное почвоведение (Сыктывкар 2007), Биоразнообразие и роль животных в экосистемах (Днепропетровск 2007), Экологические проблемы Северных регионов и пути их решения (Апатиты 2008), Актуальные проблемы сохранения биоразнообразия в экстремальных условиях северного климата (Кировск 2008).
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 30 печатных работ, в том числе — статья в рецензируемом журнале из списка, рекомендованного ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов, приложений и списка литературы, включающего 170 источников, 18 из них на иностранных языках. Работа изложена на 129 страницах, содержит 38 рисунков, 46 таблиц и 5 приложений.
