Введение к работе
?<>-
Актуальность проблемы. '*'' '*- ";
: - і Сохранение почвенного слоя Земли, поддержание плодородия признаны важнейшими задачами обеспечения" устойчивого" развития во-всем'мире (Повестка'дня на XXI век, 1992) и Российской Федерации'(Указ Президента Российской Федерации, 1994). В мире деградация почв достигает значительных масштабов: 1% - крайне деградировавшие, 15% - сильно, 46% - умеренно и 38% - слабо деградировавшие (Голубев, 1999). Рациональное использование земельных ресурсов, мелиорация почв, борьба с эрозией и загрязнением давно стали предметом междисциплинарных исследований поскольку практические меры' -требуют - опоры на естественно-научное знание : механизмов функционирования почвенных экосистемой эхотоксикологии их обитателей.
Согласно Национальному плану действий по охране окружающей среды РФ (1999) для 54-55% регионов России самыми острыми в настоящее время стали проблемы нарушений земель в процессе хозяйственной деятельности и загрязнения и; захламления "земель. Поэтому необходима универсализация подходов к оценке загрязнения почв с целью разработки единых критериев качества и единой' научно обоснованной политики их охраны. - > *- -"-''.' j'-Россия - самая большая страна по'территории, ее земельный фонд составляет 1709,6 млн га, однако, качественное состояние значительной части земель неудовлетворительное: более 53 млн га сельскохозяйственных угодий, в том числе более 36,2 млн га пашни, подвержено эрозии, урожайность на смытых почвах'ежегодно снижается на 50-60%. За последние 100 лет в черноземах Русской равнины запасы гумуса уменьшились, по сравнению с данными В.ВДокучаева, почти вдвое, достигнув предельно-минимального уровня (в Нечерноземной зоне 1,3-1,5%, в Центрально-Черноземной -" 3,5-5,0%). Сокращение'запасов кальция в почвах приводит к росту кислотности почв, общей потере урожая и резкому ухудшению качества сельскохозяйственной продукции (Экологическая безопасность России, 1995). ''- Наиболее' изученным и распространенным типом антропогенного воздействия на' окружающую среду * остается ' химическое загрязнение:; На территории России выбросы загрязняющих 'веществ' в :атмосферу:' от стационарных источников в 1996 г. составили 20,3 млн т (в промышленности ;16,7 млн т), от передвижных источников (автотранспорт)'-'около 11 млн т (Государственный доклад..., 1997). Наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят автотранспорт.'энергетика, цветная'и черная металлургия по валовым выбросам, а также по выбросам твердых (включая тяжелые металлы), жидких и /газообразных веществ в целом * (НПДООС, 1999).! Наиболее сильно 'загрязняются почвы вокруг крупных промышленных "предприятий (особенно химической и металлуш-ццеской промят чеынопц/ больших' ' городов, ЦЕНТРАЛЬНА^'
НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА Моск. содыпЗЬкоз академии им. К. А. Тиииряэепа j . V
инв. mJQ^sMUA
транспортных путей. При этом более 20% обследованных территорий недопустимо загрязнены Общая площадь выявленных загрязнений токсикантами по состоянию на 1992 г. составляла 74,3 млн га, втом числе 0,7 млн га с чрезвычайно опасным уровнем загрязнения, причем они приходились на области с наибольшей плотностью населения, включая земли, прилегающие к Москве, Санкт-Петербургу, Кемерово и другим крупным городам (Экологическая безопасность России, 1995).
Известно, что беспозвоночные почвообитающие животные играют ключевую роль в поддержании почвенного плодородия, обладая высоким биоразнообразием в.широком понимании Свидовое богатство, многообразие морфологических форм и тл), численностью и экологической пластичностью Сохранение плодородия почв и их мелиорация (реставрация) в антропогенных экосистемах до определенной степени возможны лишь при условии сохранения функционирующего комплекса почвообитающих животных, адаптированного к измененным условиям окружающей среды (Тишков, 1996) Проблемы экологии почвообитающих беспозвоночных животных в антропогенных экосистемах и роль этих исследований для понимания механизмов их функционирования не раз являлись предметом обсуждения экологов и зоологов (Гиляров, 1975, Покаржевский, 1987, Hopkm, 1989, Козлов, 1990, Бутовский, 1991, SERAS, 1992, Криволуцкий, 1994, SECOFASE, 1994; Butovsky et al, 1999) Вместе с тем роль отдельных групп животных и структура их комплексов в условиях антропогенной, нагрузки на экосистемы изучена недостаточно Значительный технический прогресс, прежде всего в аналитических методах, за последнее десятилетие позволил заново пересмотреть накопленные сведения и приблизиться к пониманию механизмов устойчивости комплексов почвообитающих беспозвоночных к антропогенным воздействиям
Цель исследования - выявить и описать универсальные экологические закономерности влияющие на устойчивость комплексов почвообитающих членистоногих к хроническим антропогенным воздействиям
В задачи исследования входило.
-
Выявить и исследовать изменения экологических параметров комплексов почвообитающих членистоногих (жужелицы, клещи) в ответ на наиболее распространенные хронические рекреационное, автодорожное и промышленное воздействия в агро-, лесных и рудеральних экосистемах Московской и Тульской обл (системный, популяционный и организменный уровни организации)
-
Сравнить особенности накопления тяжелых металлов различными группами почвообитающих членистоногих животных (жужелицы, почвообитающие клещи, науки), включая миграцию металлов по трофическим цепям в условиях Московской и Тульской обл России, а также Бельгии и Нидерландов. .
-
Исследовать . экологические -<механизмы влияющие _ на; устойчивость комплексов почвообитающих беспозвоночных к тяжелым металлам.
-
Сравнить,,, возможности г-использования: в -индикации хронических антропогенных воздействий на организменном уровне: содержания тяжелых
- металлов, изменения ферментативной активности, а также изменения
. морфологических параметров. ,'!. ..-.':.; -." ..:':..
5. Проанализировать возможности. , использования . исследованных групп
членистоногих в тест-системах для оценки загрязнения почв и выбрать
параметры, перспективные для экологического нормирования антропогенной
нагрузки. " .-_...'"._;''_..'.".'.. '*
Предмет исследования ; заключался во всестороннем - изучении реакций
комплексов почвообитающих беспозвоночных животных на распространенные
хронические антропогенные воздействия: , рекреационное, автодорожное и
промышленное. < - : _.;.., ... :, - , . ' . '.Т
Объектами исследования были выбраны комплексы почвообитающих беспозвоночных животных, характерные для: средней полосы Европейской части РФ. Более подробно изучали реакции на рекреационное, автодорожное и промышленное воздействие групп с высоким таксономическим, и экологическим разнообразием: жужелиц (Carabidae), панцирных (Oribatida) и мезостигматических (Mesostigmata) клещей.
, Почвообитающие... беспозвоночные животные представляют собой
уникальную . группу, которая может быть использована для своевременной
оценки уровня антропогенных воздействий (биоиндикации) с целью принятия
экологически обоснованных природоохранных решений для различных
регионов РФ. При этом в настоящее время очевидной становится
необходимость перехода от одновидовых, тест-систем оценки антропогенной
нагрузки на почвы, к многовидовым тест-системам, в основе создания которых
лежат трудоемкие комплексные , исследования, проведенные ; в реальных
природных условиях. ... ... , -; .- , .
Основные положения выносимые на защиту:, -,... .. .
1. При хронических антропогенных воздействиях экологические параметры
комплексов почвообитающих членистоногих изменяются сходным образом
независимо от типа воздействия (рекреационное, автодорожное или
промышленное), типа экосистем (агро-, лесная или рудеральная) и
размерного класса организмов (макро- или микроартроподы). -.-,;
2. У почвообитающих членистоногих существуют универсальные механизмы
^ устойчивости к хроническим антропогенным воздействиям, которые
проявляются на экосистемном, популяционном и организменном уровнях.
3. При хронических автодорожном и промышленном воздействиях содержание
тяжелых металлов в почвообитающих членистоногих животных является
группо- и видоспешіфическим и обусловлено анатомо-морфологическими
особенностями и физиологическими адаптациями
4. Миграция тяжелых металлов по трофическим цепям почвообитающих
беспозвоночных отличается от миграции других ксенобиотиков
(пестицидов и радионуклидов) Тяжелые металлы в загрязненных экосистемах концентрируются преимущественно в беспозвоночных животных, а в трофических (пищевых) сетях беспозвоночных - консументах первого, но не второго порядка
Новизна работы.
Впервые проведена сравнительная оценка влияния хронических антропогенных воздействий (рекреационное, автодорожное и промышленное) на экологические параметры одних и тех же модельных групп почвообитающих членистоногих (жужелицы, клещи) различных типов экосистем (агро-, лесные и рудералыше) в Московской и Тульской обл. России, а также Бельгии и Нидерландах.
Впервые выявлены и описаны универсальные механизмы устойчивости комплексов почвообитающих беспозвоночных животных к хроническим антропогенным воздействиям на экосистемном, популяционном и организменном уровнях
Впервые рассмотрена целесообразность использования универсальных механизмов устойчивости при выборе групп беспозвоночных-индикаторов хронического антропогенного воздействия и предложены многовидовые тест-системы для целей экологического нормирования
Впервые определено содержание тяжелых- металлов в 64 видах почвенных членистоногих: 26 видах панцирных клещей, 18 видах жужелиц, 13 видах пауков, трех видах мезостигматических клещейг одном виде простигматических клещей, трех видах наземных мокриц. Это позволило более полно представить распределение тяжелых металлов в комплексах почвообитающих беспозвоночных, что важно для своевременной оценки уровня загрязнения почвенных экосистем тяжелыми металлами и ранней диагностики антропогенных воздействий.
Практическое значение.
Использование собственных и литературных данных, собранных в течение двадцати лет, позволило представить обоснованные теоретические обобщения относительно универсальных механизмов устойчивости комплексов почвенных членистоногих к хроническим антропогенным воздействиям
Сравнительная оценка этих воздействий на комплексы почвенных членистоногих, выявление универсальных механизмов устойчивости
комплексов к воздействиям позволяет: 1) прогнозировать изменения структуры
комплексов при хроническом антропогенном воздействии; 2) выявить группы,
наиболее ' перспективные'' для ' индикации нарушений;' -3) " ' обосновать
использование ряда структурных параметров комплексов'для экологического
нормирования антропогенной нагрузки; 4) предложить 'многовидовые тест-
системы для оценки уровня антропогенной нагрузки. ' ";..' ,.
." Это открывает новые.. перспективы для. сохранения . и . реабилитации
(реставрации) нарушенных почвенных экосистем, повышения их плодородия и
сохранения биоразнообразия;, и. позволяет с помощью многовидовых тест- -
систем" более , точно прогнозировать ранние нарушения экосистем, при
хронических воздействиях, г. - .. ....... ; >; ;
. Результаты работы легли в основу «Методических указаний по изучению энтомофауны агроценозов, подверженных влиянию автодорог»;(Бутовский, 1985), одобренных Ученым Советом ВНИИприроды.
' Результаты исследования опубликованы - в одноименной монографии
«Устойчивость комплексов почвообитающих членистоногих к антропогенным
воздействиям» (Бутовский, 2001) и использованы в написании коллективных
монографий: «Жужелицы: экология и эволюция» (под ред. К. Desender et al.)
(Carabid beetles: Ecology and Evolution, 1994); «Системы биоиндикаторов в
загрязнении почвы» (под ред/ van Straalen и Д.А.Криволуцкий) (Bioindicator
Systems for Soil Pollution, 1996) и «Вызванные загрязнением изменения в
пищевых сетях почвенных беспозвоночных» в двух книгах (под ред.
P.O.Бутовский и van Straalen) (Pollution-induced changes in soil invertebrate
foodwebs, 1998, 1999). Материалы диссертации используются в учебном курсе
"Экология" для студентов Биологического факультета Московского
Государственного Университета. - ~ *Л- - ' . \'-. '"' * -~
Апробация. і;;-- . .;
Материалы диссертации были доложены на IX съезде ВЭО (Киев, 1984), Всесоюзных совещаниях «Влияние , промышленных предприятий на окружающую, среду» (Пущино, 1984); «Экологические, и социально-экологические проблемы в системе управления охраной природной среды» (Самарканд,, 1987), «Экологические проблемы охраны живой природы» (Москва, 1990); «Экологическое нормирование: проблемы и методы» (Пущино, 1992); 11; : Всесоюзном . рабочем , совещании.. . «Экологическое л значение автомобильных дорог» (Москва, 1990);ч Международных симпозиумах ' по карабидологии. (Брюссель, 1992; .Хельсинки, 1995); Конгрессах СЕТАК и СЕТАК-Бвропа. (Лиссабон,- Л993; Брюссель, 1994); Первом конгрессе Международного . общества по ландшафтной'экологии (Ренн, '1993); 9-ом Международном коллоквиуме Европейской службы охраны беспозвоночных (Хельсинки, 1993); 1-ом Международном симпозиуме по здоровью экосистем и Сицине (Оттава, 1994); 5-ом Европейском Энтомологическом Конгрессе (Йорк,
1994), 6-ом Международном Экологическом Конгрессе (Манчестер, 1994), Симпозиуме EERO по оценке химического риска (Москва, 1994), 3-ей Европейской конференции по экотоксикологии (Цюрих, 1994), Семинаре НАТО «Системы биоиндикаторов загрязнения почвы» (Москва, 1995), Международных симпозиумах но биоиндикаторам (Чешске-Будейовице, 1995, Сепангор, 1997), Международных конференциях «Загрязненная почва» (Consoil) (Амстердам, 1995, Эдинбург, 1998), XII Международном коллоквиуме по почвенной зоологии (Дублин, 1996), XX Международном энтомологическом конгрессе (Флоренция, 1998), II Всероссийском совещании по почвенной зоологии (Москва, 1999), рабочих семинарах в рамках международных проектов по разработке многовидовых тест-систем (Амстердам, 1994; 1998, Франкфурт, 1996, Колумбус, 1997, Москва, 1997, 2000г Гент, 1949, 2000, Балтимор, 2000),. а также на ряде других международных- и всероссийских совещаниях с 1983 по 2000 гг
Публикацин. По ісме диссертации опубликована монография, раздечы в 4-х коллективных монографиях и 49 статей (доля автора в 38,5 п л )
Структура и объем диссертации. Работа изложена на 401 странице машинописного текста, содержит 55 таблиц и 37 рисунков Она состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений, заключения, списка литературы, включающего 403 названия и 2 Приложений
Похожие диссертации на Устойчивость комплексов почвообитающих членистоногих к антропогенным воздействиям
