Биоиндикация почвы по беспозвоночным животным

АНО НОУ «Волжский университет им. В.Н. Татищева» (институт)

Экологический факультет

Кафедра биоэкологии естественных наук

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «БИОИНДИКАЦИЯ»

 

Тема: «Биоиндикация почвы по беспозвоночным животным»

 

 

 

 

 

 

Исполнитель……………………………………… А.С. Проскурина

         Группа ЭКОВ-301

Руководитель………………………………………Н.А. Зеленевская

 

 

 

 

 

ТОЛЬЯТТИ

2013

 

Аннотация

Предложенная курсовая работа содержит описание методов биоиндикации почв по беспозвоночным животным и результаты их применения при исследовании влияния техногенного загрязнения на почвенных беспозвоночных и других внешних факторов.

В работе содержится 45 страниц текста, включая 1 таблицу, 4 рисунка и 12 литературных источников.

 

 

 

Содержание

Введение………………………………………………………………………….4

Глава 1. Материалы и методы проведения исследований……………………...7

1.1 Деятельность млекопитающих как почвообразующий фактор……………7

1.2 Фаунистическая биоиндикация……………………………………………..11

1.3 Закономерности зонального распределения комплексов почвенных беспозвоночных………………………………………………………………….13

Глава 2. Результаты исследования биоиндикации почв по беспозвоночным животным ……………………………………………………………….……….16

2.1 Влияние техногенного загрязнения на почвенных беспозвоночных…….16

2.2 Влияние других внешних факторов………………………………………...20

Выводы…………………………………………………………………………26

Список литературы………………………………………………………………28

 

 

 Введение

 

Наиболее часто цитируемой и, в то же время, наиболее идеологически расплывчатой областью экологии является некоторая совокупность методов, называемая “биоиндикацией”. Хотя истоки наблюдений за индикаторными свойствами биологических объектов можно найти в трудах естествоиспытателей самой глубокой древности, до сих пор отсутствует стройная теория и адекватные методы биоиндикации.

Основой задачей биоиндикации является разработка методов и критериев, которые могли бы адекватно отражать уровень антропогенных воздействий с учетом комплексного характера загрязнения и диагностировать ранние нарушения в наиболее чувствительных компонентах биотических сообществ. Биоиндикация, как и мониторинг, осуществляется на различных уровнях организации биосферы: макромолекулы, клетки, органа, организма, популяции, биоценоза. Очевидно, что сложность живой материи и характера ее взаимодействия с внешними факторами возрастает по мере повышения уровня организации. В этом процессе биоиндикация на низших уровнях организации должна диалектически включаться в биоиндикацию на более высоких уровнях, где она предстает в новом качестве и может служить для объяснения динамики более высокоорганизованной системы.

Считается, что использование метода биоиндикации позволяет решать задачи экологического мониторинга в тех случаях, когда совокупность факторов антропогенного давления на биоценозы трудно или неудобно измерять непосредственно. К сожалению, современная практика биоиндикации носит в значительной мере феноменологический характер, выраженный в пространном изложении подмеченных исследователем фактов поведения различных видов организмов в конкретных условиях среды. Иногда эти описания сопровождаются не всегда обоснованными выводами, носящими, как правило, сугубо оценочный характер (типа "хорошо / плохо", "чисто / грязно" и т.д.), основанными на чисто визуальных методах сравнения или использовании недостаточно достоверных индексов. Чаще всего такой "прогноз" делается, когда "общественное" мнение по конечному результату оценки качества экосистемы уже заранее известно, например, по прямым или косвенным параметрам среды. В результате этого, роль биоиндикации оказалась сведенной к следующей совокупности действий, технологически совпадающей с биомониторингом:

• выделяется один или несколько исследуемых факторов среды (по литературным данным или в связи с имеющейся программой мониторинговых исследований);
• собираются полевые и экспериментальные данные, характеризующие биотические процессы в рассматриваемой экосистеме, причем теоретически эти данные должны измеряться в широком диапазоне варьирования исследуемого фактора (например, в условно-чистых и в условно-грязных районах);
• некоторым образом (путем простого визуального сравнения, с использованием системы предварительно рассчитанных оценочных коэффициентов или с применением математических методов первичной обработки данных) делается вывод об индикаторной значимости какого-либо вида или группы видов.

В редких случаях делаются практические попытки оценить лимитирующий уровень рассматриваемого фактора загрязнения, т.е. выполнить так называемый "анализ биологически значимых нагрузок". И только в исключительных случаях выполняется собственно операция "индикации", когда с использованием биоиндикаторных показателей прогнозируются неизвестные факторы среды и оценивается их значимость для всей экосистемы в ближайшем и отдаленном будущем. В качестве немногочисленных примеров организации комплексных гидроэкологических биоиндикационных исследований, в результате которых был сформулирован некоторый комплекс научно-обоснованных природоохранных решений, можно привести работы по оценке экологического состояния оз. Байкал, рек Невы и Чапаевки.

В соответствии с этим были выбраны цели и задачи курсовой работы.

Цель работы – изучение особенностей и выявление общих закономерностей структуры и функционирования сообществ мезопедобионтов в естественных и антропогенно изменённых условиях. Задачи исследования:

1. Изучить видовой состав, численность, биомассу, биотопическую приуроченность, трофическую структуру, распределение по почвенному профилю мезонаселения в основных растительных сообществах региона.

2. Выявить роль крупных  беспозвоночных в разложении  опада и миграции биогенных элементов.

3. Провести трофологические исследования почвенных зоомикробных комплексов. Показать их экобиотехнологические возможности.

4. Выяснить общие принципы  структурной и функциональной  перестройки сообщества мезопедобионтов, проявления его устойчивости под влиянием природных и антропогенных факторов.

5. Изучить содержание  тяжёлых металлов в почвенных  беспозвоночных на заповедных  и освоенных территориях, проанализировать  определяющие факторы. Опробовать  аборигенные виды в биоиндикации и экотоксикологическом нормировании загрязнения.

6. Выявить основные факторы  организации сообществ и поддержания  видовой избыточности мезопедобионтов.

 

Глава 1. Материалы и методы проведения исследований

 

 1.1 Деятельность млекопитающих как почвообразующий фактор

 

Изменения в экосистемах, вызываемые позвоночными животными, накапливаются и в конечном итоге накладывают отпечаток на весь облик территории и характер почвообразования. Непосредственно на почвенный покров воздействует роющая деятельность млекопитающих. Подавляющее большинство исследований роющей деятельности выполнено в открытых ландшафтах (степи, полупустыни, пустыни), где отсутствие готовых естественных убежищ является причиной активной деятельности млекопитающих по сооружению нор в почве (Б. Д. Абатуров). По свидетельству А. Н. Формозова только в степной зоне Евразии из 92 степных млекопитающих жизнь 72 видов связана с норами. Наиболее типичными представителями степных млекопитающих являются сурки, цокоры, суслики, степная пищуха, джунгарский хомячок, тушканчики, полевки.

Еще в 1906 году профессор Н. А. Димо и ботаник Б. А. Келлер изучали деятельность малого суслика на юге Саратовской губернии. Их совместная работа содержит массу интересных фактов. Они установили, что не только химический состав, но и структура почвы в суслиных холмиках отличаются от почвы, не затронутой роющей деятельностью мелких млекопитающих. Благодаря своей рыхлости, пористости и трещиноватости эти холмики весной легко насыщаются влагой, поскольку в зимнее время снег собирается вокруг них в большем количестве, чем на ровной поверхности степи. Поэтому весной растительность на них развивается с особенной энергией. Испарение поглощенной влаги из рыхлых холмиков происходит медленнее, чем из плотной почвы.

На основе накопленных сведений о роющей деятельности позвоночных животных выделен ряд форм их воздействия на среду (Б.Д. Абатуров).

а) Норы животных разрыхляют почву, улучшают ее аэрацию, способствуют более глубокому увлажнению почвенной толщи водами атмосферных осадков, защищают почвенную влагу от непродуктивного физического испарения.

б) При рытье нор животные выносят на поверхность материал глубоких горизонтов почвы и тем самым увеличивают содержание легкорастворимых солей, гипса и карбонатов в верхних слоях почв.

в) На перерытых участках вследствие более интенсивного увлажнения происходит проседание почвенной толщи, формируются отрицательные формы микрорельефа.

г) Накопление почвенного материала, вынесенного на поверхность при рытье нор, вызывает формирование положительных форм микро-и нанорельефа (кучки и холмики выброшенной земли)| с иными физико-химическими свойствами почв.

д) В местах постоянного расположения нор животные обогащают почву химическими веществами за счет экскрементов и тем самым меняют ее химический состав и улучшают плодородие.

е) Роющие животные перемешивают верхний гумусовый горизонт с нижележащей материнской породой и тем самым увеличивают мощность этого горизонта.

ж) Перерытый норами и разрыхленный почвенный материал легко поддается действию ветра и воды, что служит причиной размывания и развеивания почв и образования эрозионных форм рельефа.

з) Перерытые и нарушенные роющей деятельностью участки заселяются сорными и полевыми видами растений и почвенных беспозвоночных и тем самым служат причиной формирования специфической сорно-полевой фауны и флоры.

и) В результате роющей деятельности меняется не только состав растений, но и их масса, при этом изменения могут быть направлены в сторону как уменьшения (при засыпании растений выброшенной землей, обеднении почвенного субстрата), так и в сторону увеличения (при улучшении плодородия почвы).

к) Разрастание на перерытых местах сорных видов растений вызывает формирование залежного растительного покрова. Локальное нарушение свойств почвенно-растительного покрова служит причиной микрокомплексности почв и растительности в степных, полупустынных и пустынных ландшафтах.

Эти положения, сформулированные еще несколько десятилетий назад (А. Н. Формозов; А. Г. Воронов; В. В. Кучерук и др.), остались без существенных изменений по настоящее время.

В девяностые годы прошлого века обострилась проблема влияния роющих мелких млекопитающих на эрозию почв в горных регионах. X. П. Мартинес Рика, М. П. Пар до Ара описали влияние обыкновенной полевки на протекание эрозионных процессов на южном макросклоне Центральных Пиренеев. Норы обыкновенной полевки представляют собой хорошие водоводы как в период снеготаяния, так и во время сильных или затяжных дождей. Весной легко заметны потоки воды, устремляющиеся по системе ходов и нор. В том случае, если потоки воды не канализированы, почва насыщается влагой, а ее избыток стекает по поверхности, где растительный покров задерживает частички почвы, увлекаемые потоком. В то же время в местах, населенных полевками, возникают другие условия, при которых водный сток приобретает важную эрозиогенную функцию. Если норы протяженны и неглубоки, располагаются вблизи небольших естественных русел, они могут перехватывать водные потоки и топографически замещать эти русла. При такой ситуации формируется новое русло стока, порождаемое сетью заброшенных нор полевок. В местах с известняковым субстратом, где распространены карстовые явления, мелкие млекопитающие играют важную роль в подземном стоке. При возникновении расщелин на горных пастбищах, прорезающих почву, начинается процесс оврагообразования.

Косвенное воздействие роющей деятельности грызунов имеет большее значение, чем прямое отторжение части почвенного покрова.

Заметные изменения в структуре природных комплексов вызывает выпас скота в степи. Растительный покров разреживается, понижается проективное покрытие, уменьшается высота растений. В процессе выпаса травоядные копытные животные поедают молодые растения, не давая достигнуть им полного развития, начинают преобладать растения, способные к быстрому отрастанию и вегетативному возобновлению. Чрезмерный выпас приводит к уменьшению числа многолетних растений и увеличению однолетних. В пастбищном травостое появляются непоедаемые растения: ядовитые, жесткие, опушенные, колючие.

Юго-восточная часть Ростовской области (Заветинский район) входит в зону сухих и отчасти полупустынных степей, сформированных на каштановых и солонцовых почвах. Территория используется под пастбище. Интенсивный, бессистемный выпас скота привел к усиленному уничтожению и вытаптыванию растительности, исчезновению ветоши, разрыхлению верхнего горизонта почвы, которая в силу этого подвергается эрозии. Высокая степень дигрессии пастбищ явилась причиной обеднения экологических ниш животных, что отрицательно сказалось на всем их комплексе. Наши исследования подтвердили имеющиеся в литературе сведения (М. С. Гиляров, Т. С. Перель) о том, что в каштановых почвах практически исчезают дождевые черви, личинки длинноусых двукрылых, сильно уменьшается количество энхитреид, мокриц, кивсяков — активных почвообразователей. Ни в одном из подтипов каштановых почв нами не обнаружены дождевые черви. Деятельность беспозвоночных в глубоких горизонтах часто лимитируется в зоне каштановых почв их засолением (М. С. Гиляров). Большую устойчивость к такому стрессовому воздействию выработали личинки хрущей, долгоносиков, мух. Слабая сформированность комплексов педобионтов — причина заторможенности деструкционных процессов.

 1.2 Фаунистическая биоиндикация

 

Одним из важных показателей антропогенного воздействия на окружающую среду является изменение видового состава и количества почвенных и напочвенных беспозвоночных животных и метод лихеноиндикации.

Для определения антропогенного воздействия на экосистему в различных точках урболандшафта применялся метод фаунистической биоиндикации. Дождевые черви, обитающие в верхних слоях почвы, подвергаются воздействию токсикантов и характеризуют первые стадии загрязнения почв, они очень четко реагируют на природные и антропогенные изменения.

Для этого отбираются пробы почвы для количественного учета дождевых червей в нескольких исследуемых точках. На площадках в каждой точке размером 10х10 метров берутся пробы с трех площадок размером 25х25см. с глубины 20 см.