Букарева Ольга Валентиновна Влияние антропогенных

На правах рукописи
Букарева Ольга Валентиновна
Влияние антропогенных факторов на почвенную
альгофлору охраняемых территорий
Северо-Западного Кавказа
03.00.16 - экология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Краснодф - 2005
Работа выполнена в 2002 - 2005 гг в Кубанском государственном
университете
Научный руководитель:
доктор биологических наук, профессор
Криворотое Сергей Борисович
Официальные оппоненты,
доктор биологических наук, профессор
Звержановский Михаил Иванович
кандидат биологических наук, ст н сотр.
Афанасьев Дмитрий Федорович
Ведущая организация:
Кавказский госуд^кггвенный природный
биосферный заповедник
Защита состоится
28 декафя
в
11 часов на заседании
диссдугационного совета Д 212.101.14 при Кубанском государственном
университете по адресу: 350040, г. Краснодч), ул. Ставропольская 149
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского
государственного унив^ндггета.
Автореферат разослан «Л^> нояфя 2005 г
Ученый се1фетгфь
диссфтационного совета,
хЫ-^
доктор биологических тук, доцент ' \ j f ' ^ 6 c J P
Пескова Т. Ю.
Лс^±^ 111-5!f3
лзш
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы Гармоничное взаимодействие между природной
средой и человечеством представляет одну из важнейших проблем
современности, в
которой
природных ресурсов
рациональному
принадлежит
использованию
особая роль. В
и
охране
свете новейших
достижений отечественной и мировой экологической науки все очевиднее
становится необходимость изучения полного комплекса взаимосвязанных
природных элементов, входящих в состав ландшафтных экосисте»!
Водоросли являются постоянным компонентом В фитоценозах .суши,
они обогащают почву энергетическим материалом и вместе с другими
зелеными растениями участвуют в образовании первичной продукщш для
консументов первого порядка
утилизации
свободного
азота
Они обогащают почву азотОМ за счет
атмосферы,
ослабляют
ее
эрозию
Немаловажную роль играют водоросли в создании почвенного плодач^одия
Видовой состав ПОЧВЙ1НЫХ альгосршузий может служить индикатором
загрязнений
почв
пестицидами,
высокими
нефтепродуктами, тяжелыми металлами
дозами
удобрений,
Выявление видового состава
водорослей, их численности, особенностей формирования альгосйнузд1Й в
природных экосистемах охраняемых территорий является важным при
проведении стацион^ных биогеоценологических исследований.
Актуальным является изучение видов почвенных водсфосяей и
альгосршузий, как индикаторов состояния почв ох1)&няемых территорий,'
находящихся под воздействием линжных источников загрязнения. Однако,
изучение индикаторного значения почвенных водорослей и их синузий в ■
биоценозах природных экосистем охраняемых террип^ий Северо-Западного
Кавказа до настоящего времени систематически не проводилось
Цель и задачи исследования. Целью данного исследования являлось
изучение влияния антропогенных факторов на почвенную альгофлору и
альгосинузии в биоценозах пр1фодных экосистем охраняемых территорий
Северо-Западного Кавказа.
3
I ™'SSIr^l
Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи'
1
Изучить
охраняемых
систематическую
территорий
государственного
структуру
почвенной
Северо-Западного
природного
Кавказа
биосферного
альгофлоры
(Кавказского
заповедника,
заказника
«Камышанова Поляна»)
2 Выявить основные почвенные альгосинузии и из^'чить особенности
их распространения в экосистемах изучаемого района
3 Выявить виды почвенных водорослей и альгосинузии - индикаторы
загрязнения почв в пределах исследуемой территории
4
Изучить
влияние
антропогенньк
факторов
на
видовой,
количественный состав и сезонную динамику почвенной альгофлоры в
экосисгемах изучаемого региона.
5 Выявить изменение видового состава альгосинузии охраняемых
территорий под врздействием линейных источников загрязнения
6 Изучить возможности практического использования почвенных
водорюслей
и
альгосинузии
в
целях
экологического
мониторинга
охраняемых территорий Северо-Западного Кавказа
Научная новизна. На исследованной территории выявлено 65 видов
почвенных водорослей, относящихся к 41 роду и 28 семействам. Из них 32
вида, 18 родов и 11 семейств впервые указываются для территории СевероЗападного, Кавказа В работе приводятся отшсания почвенных водорослей доминантов Вп^)вые изучены особенности распространения почвенных
водорослей и их синузий на охраняемых территориях Северо-Западного
Кавказа.
Выявлены
индикаторные
виды
почвенных
водорослей
и
альгосинузии для территорий, подвергнувшихся загрязнению. Выявлено
поясное распределение почвенной альгофлоры района иследований Впервые
изучено влияние антропогенных факторов на видовой, количественный
состав^ и сезонную динамику почвенной альгофлоры охраняемых территорий
Северо-Западн<м-о Кавказа
Теоретическая и практическая значимость работы
Результаты
исследования являются вкладом в изучение флоры, биологии и экологии
почвенных водорослей
динамика
почвенных
Выявлены количественный состав и сезонная
водорослей
и
образуемых
ими
альгосинузии
охраняемых территорий
Результаты
исследований
можно
использовать
в
работах
по
мониторингу, особенно при составлении прогнозов состояния лесных
экосистем охраняемых территорий Северо-Западного Кавказа. Данные
индикационньсс исследований применяются при эксплуатации юрных лесов
и являются основополагающими для развития стратегии природоохранных
мероприятий как в Западно-Кавказском биосферном регионе в целом, так и в
отдельных
особо
охраняемых
природных
территориях
(Кавказском
государственном природном биосферном заповеднике, заказниках)
Положения, вынесенные на зтцитгу На защиту выносятся следующие
положения1 Видовой состав почвенных водорослей охраняемых территсфий
Северо-Западного Кавказа.
2
Основные почвенные альгосинузии региона и особенности их
распространения.
3.
Влияние
линейных
источников
загрязнения
на
видовой,
количественный состав и сезонную динамику почвенной альгофлоры в
экосистемах охраняемых территорий.
4. Индикаторная роль почвенных водорослей и образуемых ими
альгосинузии в экосистемах охраняемьк территорий Северо-Западного
Кавказа
Апробация работы. Результаты исследований представлены на П
Междун^одной научно-практической конференции «Природно-ресурсный
потешдаал, экология и устойчивое развитие регионов России» (г. Пенза, 26 27 сентября 2002 г.); V Междун^юдной конференции, посвященной 10летию
Ингушского
госуд£фственного
университета
«Биологическое
разнообразие Кавказа» (г Магас, 2003 г ) ; Международной конференции
«Мониторинг окружающей среды» (Рим. Италия, 5 - 8 декабря 2003 г ) ,
электронной заочной научной конференции ^(Приоритетные направления
развития науки, технологий и техники» (15 - 20 марта 2004 г ) , X V I I
Межрсспуб^щканской
научно-практической
конференции
«Актуальные
вопросы экологии и охраны природы экосистем южяьгч регионов России и
сопредельных территорий» (г
Краснодар.
23 апреля 2004 г ) , Х\ТТ1
Межреспубликанской научно-практической конференции, посвященной 30летию биостанции - заказника «Камышанова Поляна» {г Краснодар,
23
апреля 2005 г.).
Публикации По материалам диссерта1Д1и опубликовано 8 печатньк
работ.
Объем и структура работы Диссертация изложена на 136 страницах
печатного текста и состоит из введения, 7 глав, заключения, вьшодов. списка
литературы Содержит И таблиц,
29 рисунков Сгшсок использованных
источников включает 154 наименования, в том числе 36 - зарубежных
авторов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава 1. Состояние изученности вопроса
В 1920 - 1930 X гг прошлого века интенсивные и разнообразные
исследования почвенных водорослей вели альгологические школы Москвы,
Ленинграда, Киева, Харькова и некоторые другие Эти направления создали
благодатную среду для самобытного формирования почвенной альгологии в
бывшем СССР.
В
почвенно-альгологических
исследованиях
имеется
несколько
направлений, различающихся кйк по проблемам,' так и по методическим
приемам
флористико-систематическбе направление, начатое FEsmarch
(1911), эколого-ценологическоеК.Н France (1921), М М . Голлербахом (1936,
1969), J.B Petersen (1935) и Э А
Штина (1959), физиологическое В.М
Bristol-Roach (1928) и В С
Parker (1961), почвенно-экологическое M M
Голлербахом (1946). В В Мельниковой (1954). Э А Штина (1976.1990) и др
На
Северо-Западном
Кавказе
изучалась
почвенная
альгофлора
апзоценозов (центральная зона Краснодарского края) на фоне различных
типов обработки почвы, уровней плодородия и лшнерального питания, а так
же при различных системах защиты растений, применения высоких дрз
минеральных удобрений и разных технологиях воздельгеания озимой
пшеницы и свеклы (Криворотов, Доценко, 1996).
Фрагмент^ные сведения о видовом составе почвенных водорослей
некоторых районов Северо-Западного Кавказа имеются в работах СБ.
Криворотова и К. А. Доценко (1996), а также С.Б Криворотова и Ю.А
Зверевой (1999, 2001). Однако, эти сведения мал01шсленны и не дают
представлений о систематической структуре почвенных водс^юслей и
альгосинузиях охраняемых терриюрий Северо-Западного Кавказа. Нет так
же конкретных данных о влиянии антропогенных факторов на видовой,
количественный состав и сезонную динамику почвенной альгофлоры
региона.
Специфика и меры воздействия линейных источников загрязнения
(автодс^'ог)
на
природные
экосистемы
потребовали
проведения
разносторонних исследований, в том числе и альгологических
Глава 2. Физико-географические условия Северо-Западного Кавказа
Район основных исследований охватывает большую часть севернрй
окраины массива Лагонаки (территория Кавказского госуд?1рственного
природного
биосферного
«Камышанова
поляиа»)
административном
заповедника
и
и
центральную
отношении
изучаемая
его
часть
окрестности,. заказник
плато
территк^ия
Лагояакя.
В
расположена
в
Апшеронском районе Краснодарского края и в 'Майкопском районе
Республики Адыгея.
Большая часть характеризуемой территории относится к лесостепному,
нижнегорному лесному, среднегорному лесному, верхнегорномт лесном\ п
субальпийскому поясам Северо-Западного Кавказа.
Маршрутные
и
стационарные
исследования
проводились
вдоль
линейного источника загрязнения (Лагонакская автомобильная трасса) в
Майкопском
районе Pecny6jmKH
^дьп-ея (в окрестностях
г
Майкопа,
станицы Даховской. поселков Камсниомостский. турбазы «Лагонаки», на
территории
Кавказского
janoBeflHHKa
- КГПБЗ),
окрестностях
государственного
в
биостанции
Апшеронском
~
заказника
природного
районе
на
Кубанского
биосферного
территории
и
в
государственного
университета «Камышанова Поляна»
Климат является весьма важным фактором, определяющим характер
растительного
покрова
и
закономерности
его
распространения
Для
формирования климата Северо-Западного Кавказа весьма большое значение
имеет его географическое положение Исследуемая территория находится в
4, 5, 6 и 7 агроклиматических районах (Батова, Русеева, 1961)
В
изучаемом
закономерности гор
регионе
почвенный
покров
подчиняется
поясной
Вертикальная зональность почв весьма своеобразно
отражается на формировании микрофлоры- по мере увеличения высоты над
уровнем моря происходит уменьшение биогенности в разных типах почв В
районе исследований встречаются следующие основные типы почв' серые
лесные (под дубовыми, дубово-грабовыми и буковыми лесами), бурые rqjHOлесныё (под буковыми, буково-фабовыми, пихтовыми, буково-пихтовыми
лесами), перегнойно-карбонатные (под буковыми, дубовыми лесами с примесью
граба л хвойньк пород), маломощные высокогорные и горно-луговые почвы
субальпийских и альпийских лугов (Зонн, 1950; Орлов, 1951; Горчарук, 1967)
Растительность Северо-Западного Кавказа весьма разнообразна, что
обьясняется,
в
основном, разноофазием
условий, обусловленньгх
в
свою
почвенных
и
климатических
очередь географическим
положением
района, а так же сложностью и расчлененностью горного рельефа
8
Район
исследований
относится
к
Северо-Западной провинщш
Кубанской подпровинции В пределах Кубанской подпровинции чегео
вьщеляются высотные пояса растительности, нивальный, субнивальный,
альпийский, субааьпийский. горно-лесной и лесостепной Растительный
покров отличается заметным участием кавказской и котгхидской флор,
значительным распрос гранением леса Терри гория, занимаемая лесами, где
проводились основные исследования, расположены на высотах до 1800 2200 м над >р моря. С подъемом в горы наблюдается смена поясов
растительности,
дубового,
букового,
буково-пихтового
и
пихтового
(Гулисашвили и ;ф., 1975).
Глава 3. Материал и методы работы
Материалом для данной работы послужили собственные наблюдения и
образцы почвенных водорослей в количестве 820 шт, собранные из разных
мест исследованной территории в 2002 ~ 2005 гг
При изучении видового состава почвенных водорослей и альгосинузий
- индикаторов антропогенного загрязнения почв охраняемых территорий
проводились маршрутные, стационарные и лабораторные исследования.
Сбор и обработку почвенных образцов проводили общепринятыми в
почвенной альгологии методами (Штина, 1976) Выделение почвообитающих
водорослей в
пробах проводили по
методике, предложенной
В.Я.
Нагалевским (1981), с изменениями и дополнениями (Криворотое, Володина,
2004). Для изучения сезонной динамики альгофлоры отбор образцов
проводился сезонно (весной, летом, осенью) в течение 3 лет (2002 ~ 2005 гг),
в 3-х кратной повторности, на разном расстоянии и по обе стороны от
линейного источника загрязнения (автотрасса): 1, 3, 6, 15, 25 и 50м. На
каждой пробной площади, где брались образцы почв, проводились полное
геоботаническое
описание растительности, перечислительная таксация
древостоя, морфологическое описание почвенных разрезов со взятием
образцов и последующими лабораторными химическими анализами.
Видовой
состав
почвенных
водорослей
рабочий световой микроскоп Б И О Л А М
Дифференциальную
диагностику
Р -
исследовали,
используя
11 с увеличением 7x40
альгофлоры
проводили,
используя
окулярный винтовой микрометр M O B - 1 - 15 и основные рчководства по
определению (Голлербах, Штина, 1969)
Визуально определялся общий
процент покрытия колониями водорослей почвенного образца (чашечной
культуры).
Количественный
учет
проводили
прямым
счетом
под
световым
микроскопом при помоши специальной камеры Нажотта П р и исследовании
содерзкимого полос счетной камеры, учет водорослей проводили методом
"челнока" Для получения достовер1п,1х данньос просматривали содержимое
трех камер
Содержание тяжелых металлов в почвенных образцах определяли
методом рентгенофлуоресцентного анализа Гидролигическую кислотность
почв
с трехкратной
повторностью
определяли
рН-электрометрическим
методом
Обработку
пол^'ченньпс
данных
проводили
с
использованием
общепринятых математических методов и методов статистики (Лакин, 1990)
Количественные
показатели
диссертации
статистически
обработаны
и
достоверны.
Г л а в а 4. Систематическая структура почвенной альгофлоры
охраняемых территорий Северо-Западного К а в к а з а
Систематический список почвенных водорослей изучаемого
региона
В
результате проведенных исследований составлен аннотированный
системапический список почвенных водорослей охраняемых территорий
Северо-Западного Кавказа (по системе. Вассер и др. 1989)
В
списке
приведены 65 видов, 8 разновидностей и 2 формы водорослей из 41 рода, 28
семейств, 9 классов и 4 отделов.
10
Впервые для территории Северю-Западного Кавказа указьгеаются 32
вида, 18 родов и 11 семейств почвенных водорослей
В составе альгофлоры изучаемого района представлены виды 41 рода и
28 семейств
Среднее число видов в роде 1.6
Тридцать один род. т е
большая их часть имеет уровень видового разнообразия ниже феднего, два
рода насчитывают по 6 видов, один род - 5 видов, один род - 4 вида, один
род - 3 вида, пять родов - по 2 вида К этим родам относятся- Osallatoria,
Phormidium,
Microcystis,
Pinnularia,
Anabaena.
Chlorella,
CMorococcum,
Gloeocapsa, Gloeothece, Synechocysns (табл 1) Надолго многовидовьрс родов
почвенных водорослей приходится 52.4% от общего числа видов На долю
остальных одновидовых родов приходится 47,6% всего вйдбвого состава
При изучении почвенной альгофлоры района исследований выявлено
распределение почвенных водорослей по высотным пояса!^- в лесостепном
отмечен 41 вид водорослей, в нижнегорном лесном - '38, феднегорном
лесном - 33. верхнегорном лесном - 31 и в субальпийском поясе
23 вида
Описание почвенных водорослей - доминантов
Почвенная
альгофлора
охраняемьге
территорий
Северо-Западного
Кавказа представлена видами из четьфех отделов- Cyanophyta (синезеяеные
водоросли). Chlorophyta (зеленые водоросли), Bacillariophyta (диатомовые
водоросли) и Xanthophyta (желтозеленые водоросли).
Б результате проведенных исследований выявлено 25 видов почвенных
водорослей - доминантов, образующих доминирующие альгосинузии в
почвах района исследований.
К
наиболее многочисленным в видовом отношении родам цианей,
обнаруженным
на
исследуемой
территории, относятся Microcystis
(4),
Gloeocapsa (5), Gloeothece (2), Anabaena (2), Oscillatona (6) и Phormidium (6)
Синезеленые водсфосли представлены одноклеточными, колониальными и
многоклеточными (нитчатыми) формами, имеющими оливковую, фиолетовую,
синезеленую, голубоватую, а так же почти черную окраску в зависимости от
соотношения 4 гшгменгов (хлорофилла, фикоциана, (}»1коэршрина и к^ютина).
11
Таблица 1
Состав почвенной альгофлоры охраняемых территорий
Северо-Западного Кавказа
i
\
1
1
1
"
!
\
!
]
!
\
1
2
3
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
■ 19
20
21
22
1
1
24
25
*
Amorohonostoc
^ Anabaena
1 Aohanothece
2
' СЫогососсшп
; Chlorosarcina
1 Cvclotella
2
2
1
i
1
1
^ 4Chlamvdomonas
5 ^ChloreUa
1
i
!
\
L
Количество
видов
Название рода
№ п/п
23
26
27
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
Cvlmdrosoermmn
Cvmbella
Cvstococcus
ElliDsoidion
' %
m общего 1
числа видов '
15
:
31
15
15
3.1
i
31
'i
i
1.5
:
;
15
1
;
i5
1
15
Follicularia
Gloeocaosa
Gloeothece
Hantzschia
Hetootnx
1
I
I
1
1
1
4
i
I
listeria
Mesotaenium
Microcvstis
Navicula
Nematonostoc
'
1
1
Niuschia
Oocvstis
Oscillatoria
Pandcnina
Pediastrran
L_
Ibonnidimn
Phvlloanhon
Pinmilana
Pleurochlons
1—
Protococcus
Stichococcus
Stieeoclcxiium
Stratonostoc
Simrella
Svnechococcus
Svnechocvstis
Tabellaria
Volvox
Zvenema
_
15
!5
15
77
31
15
15
15
15
6.2
«
65
12
1
1
15
1
aLi_
J
15
15
15
92
1.5
15
15
4.6
15
15
15
15
15
15
1.5
31
Всего
1
15
15
1.5
100
в почвах района исследований из отдела
виды родов Stigeoclomum (I),
Chlorophyta обнаружены
Chlamydomonas (Ij,
Chlorococcum (2) и
Chlorella (2). К представителям этих родов относятся одноклеточные,
колониальные и многоклеточные (нитчатые) организмы с хроматофорами
чисто зеленого цвета, с пиреноидами и отложениями крахмала.
Из диатомовых водорослей в почвах исследуемой территории наиболее
часто встречаются виды родов Pinnulana (3), Cymbella (I), Hantzschia CI),
Nitzschia (1) и Surirella (1) Представители этих родов преимущественно
мелкие, реже крупные одноклеточные формы желтовато-бурой окраски.
Клетки с кремнеземной двустж)рчатой оболочкой со сложной структурой
К наиболее часто встречающимся представителям отдела Xanthophyta,
обнаруженным на исследуемой территории, относится Heterotrix exilis Это
многоклеточные нитчатые организмы, окраска которых варьирует от светлодо темно-желто-зеленой.
Глава 5. Основные почвенные альгосинузии района исследований, их
характеристика и особенности распространения
Почвенные альгосинузии - это флористически, экологически и
ценотически
обособленные
своеобразной
структурой.
группы
Под
водорослей,
действием
х^актеризующиеся
антропогенных
факторов
изменяются различные характеристики альгосинузии: численность, обилие,
возрастной состав, соотношение живых и мертвых клеток.
Наибольшее участие в сложении альгосинузии принимают участие
следующие виды {коэффициент встречаемости более 74%)- из цианей Oscillatoria chloritut, Phormidium foveolarum, зеленых
Stigeoclomum tenue, Chlorella
vulgaris,
водорослей
Chlamydomonas
-
debaryana,
диатомовых - Pirmularia leptosoma. Эти и другие виды водорослей о^азуют
доминирующие альгосинузии в почвах охраняемых TqjpnropHH.
На пробных площадях в экосистемах с высоким антропогенным
воздействием встречались единичные почвенные альгосинузии с обедненньпй
видовым составом. В большинстве случаев такие альгосинузии состоят из
13
цианей и зеленых водорослей При этом непосредственно вблизи тинейного
источника
загрязнений
(автотрассы)
в
почвенных
альгосинузиях
преобладают цианей виды рода Microcystis, а также трихомы некоторых
видов родов OsciUatoria и Phormidium. вст1эечающиеся как в одиночном виде,
так и в виде небольших дерновинок
источника
По мере удаления от линейного
загрязнения альгосинузии с участием Microcystis
сменяются
многочисленными густыми дерновинками Oscillatona и Phormidmm. а также
синузиями
зеленых
водорослей
Chlamydomonas debaryana)
Ha
(Stigeoclonium temie, Chlorella
участках
с
ослабленным
vulgaris,
антропогенным
воздействием в почвах все чаще встречаются альгосинузии с участием Oscillatoria
chlorina, ксугорая вместе с
Stigeoclonium temie офазует
доминирующие
альгосинузии на территс^иях с невысокой степенью загрязнения почв
Немногочисленными являются альгосинузии, в состав которых входят
диатомовые и желтозеленые водоросли Из диатомовых в состав альгосинузии
чаще всего входит Pinnularia leptosoma. которая часто встречается в почвах
под буково-пихтовыми лесами (1000 - 1500 м над ур моря), а также в почвах
плато Лагонаки (хр Каменное море, 1800 - 1850 м над ур моря) Heterotrix
exihs (из отдела желтозеленые водоросли) встречается довольно редко и
образует единичные альгосинузии в почвах охраняемые территорий (заказник
«Камышанова Поляна», Е Т П Б З , плато Лагонаки, хр. Каменное море).
В результате прюведенных исследований в почвах региона выявлены
следующие 2-х и 3-х видовые альгосинузии - индикаторы- OsciUatoria chlonna
-г Stigeoclonium terme; Microcystis pulverea i OsciUatoria amphibia ' Phormidium
Joveolarum:
OsciUatoria amphibia
- Phormidium foveolarum
+ Phormidium
ambigmim Индикаторами загрязнения почв исследуемой т^зритории являются
также: Chlorella vulgaris + Heterotrix exihs; Chlorella vulgaris 4 Oscillatona
chlorina + Pinnularia
leptosoma, Chlorella vulgaris + OsciUatoria chlorina ^
Chlamydomonas debaryana, эти синузии почвенных водорослей встречаются
главным офазом на площадях с невысоким антропогенным воздействием (на
удалении от автотрассы 15 м и более) и на охраняемых территориях
14
Г л а в а 6. Влияние антропогенных факторов на видовой и
численный состав почвенной альгофлоры изучаемого района
Среди антропогенных источников загрязнения транспорт стал занимать
второе место после промышленности, поскольку поставляет в окружающую
феду огромные массы пьши, сажи, отработанных газов, масел, тяжелых
металлов
и
множество
других
OTHOCi-ггся к токсикантам
веществ,
значительная
часть
которых
Тяжелые металлы поступают в придорожное
пространство как в результате работы собственно транспортных средств, так
и при истирании дорожного полотна Подшипники, вю1адыши, тормозные
масла - источники поступления в окружающую среду меди и цинка,
сгорание этилированного топлива- основной источник сви1ща
Изучение образцов почв, отобранных на экспериментальных площадях
вблизи
участков
воздействия
автомобильной
автотранспортного
дороги
загрязнения,
с
разной
интенсивностью
показало, что
с^тдествует
тенденция к повышению содержания в почве тяжельпс металлов, в частности
свинца, с ростом транспортной нагрузки
П о мере удаления от края
дорожного полотна содержание свинца в почве снижается в 2 - 2,5 раза
(площадь
1 -
окрестности г
Майкопа), на охраняемых т^)риториях
(площадь 9 - плато Лагонаки) содержание свинца в почвенных образцах
уменьшается в 1,3 - 1,5 раза.
Видовой и количественный состав почвенной альгофлоры зависит от
изменения р Н почвы Линейный фактор загрязнения (автотрасса) оказывает
влияние на состояние почв, в частности на их р Н Результаты анализов
образцов почв, отобранных в непосредственной близости от автомобильной
дороги, свидетельствуют об изменении значения их рН.
'
П о мере удаления от автотрассы и, соответствейно, с уменьшением
интенсивности влияния антропогенного загрязнение, р Н почв снижается
(экспериментальная площадь 1 с сильным антропогенным воздействием)
При удалении от трассы на 50 м значение рН почвы составило 6,83, b то
время как в непосредственной близости от дорожного полотна оно дЬстигает
15
8,31
На
экспфиментальной
площади
с
меньшей
интенсивностью
антропогенного воздействия (площадь 9) изменение рН незначительно, что
связано с высокой буферностью горных почв
У края полотна дороги на протяжении всей автотрассы значение рН
почв
в^ьирует
в
зависимости
от
интенсивности
антропогенного
воздействия
Таким образом, в результате антропогенного воздействия на почвы
придорожных экосистем происходит загрязнение их тяжелыми металлами,
изменяется значение рН, что в совокупности влечет за собой изменения в
видовом и численном составе почвенной альгофлоры, состава альгосинузии
Изменение видового состава почвенных альгосинузии охраняемых
территорий под воздействием линейных источников загрязнения
Исследования образцов почв, собранных на разном удалении от
Лагонакскои автотрассы, показали, что существует тенденция к увеличению
видового разнообразия почвенных водорослей с удалением от линейного
источника
загрязнения
(рис
1)
На
пробной площади
с
сильным
антропогенным воздействием (площадь 1) отмечено наименьшее количество
видов почвенных водорослей по сравнению с площадью 9 (охраняемые
территории) и контрольными участками (площади 8 и 10 - территория
КГПБЗ и заказника).
Наиболее чувствительными к антропоге1шому загрязнению оказались
желтозеленые водоросли, обнаруженные (единично) только на охраняемых
территориях
На некоторые виды зеленых водорослей загрязняющие
вещества оказывают ингибирующее воздействие. Мощный антропогенный
пресс приводит к значительному уменьшению численности цианей до их
полного исчезновения. Уменьшается число видов водорослей и количество
особей массовых
видов
(Osallatoria
amphibia, Oscillatoria chlonna,
Phormidiwn foveolarum, Chlorella vulgaris, Stigeoclonium tenue и др.),
изменяются их морфологические показатели и численность.
16
Площадь 9
Площадь 1
— . . —'
1
3
6
-le
25 50
Удаленность от трассы, м
1
50
3
6
15
25
Удаленность от трассы м
Рис 1 Изменение количества видов почвенных водорослей района
исследований в зависимости от расстояния до линейного источника
зафязнения.
Условные обозначения.
содержание свинца,
значение рН;
общее количество видов
Изучение динамики видового состава почвенной альгофлоры и
альгосинузий свидетельствует о колебании числа видов водорослей по
сезонам года (рис
2)
Весенний и летний периоды характеризуются
увеличением количества видов почвенной альгофлоры и появлением
желтозеленьк водорослей Выявленные сезонные колебания зависят не только
от климатических факторов, но и от интенсивности влияния линейного
источника загрязнения, а также от накопления загрязняющих веществ в почве
1цианеи ■ зеленые D диатомовые Шжелто-зеленые |
Рис. 2 Динамика видового состава почвенных водорослей охраняемых
территорий Северо-Западного Кавказа по сезонам и годам
Отмечены
незначительные
изменения
исследуемой территории по годам
17
почвенной
альгофлоры
Изменение чясленности почвенных водорослей охраняемых
территорий под воздействием антропогенных факторов.
Изменение
численности
водорослей
в
почвах
обусловлено
комплексным воздействием разнообразш,1х факторов, среди которых не
последнее место занимают антропогенные факторы
Наибольщее количество экземпляров клеток почвенных водорослей
обнаружено в образцах, взятых на пробных площадях с незначительным
воздействием антропогенных факторов (территория заповедника и заказника
- площади 8, 9,10) Наименьшее количество экземпляров клеток водорослей
выявлено в образцах noire, взятых с пробньгк площадей 1-5. где альгоценозы
подвержены
наибольшему
влиянию
линейного
источника
загрязнения
(участки трассы с повышенной интенс1твностъю движеттая автотранспорта)
По мере удаления от автомобильной трассы численность почвенных
водорослей увеличивается (рис 3) На экспериментальной площади 1 при
удалении на 50 м численный состав почвенной альгофлоры увеличивается в
2,5 - 3 раза, а на охраняемых территориях (площадь 9) наблюдается
^-величение численности водорослей в 1.3 - 1,5 раза
Этот показатель
максимален на контрольных участках
V
Площадь 1
->^^
1
Пло1цадь9
''^'\.__
^^*
^---=-=—~^-^_
3
6
15
25
60
Удаленность от трассы, м
1
3
6
15
25
50
Удаленность от трассы, м
Рис. 3 Изменение численности почвенной алых)флоры района исследований в
зависимости от расстояния до линейного источника загрязнения
Условные обозначения:
—
содержание свинца,
значение рН;
общая численность видов.
Данные
результатов
исследований
свидетельствуют
динамике численности почвенной альгофлоры (рис 4)
18
о
сезонной
Эцианеи Изеленые Пдиатомоаые О желто-зеленые
Рис 4 Динамика численности почвенных водорослей охраняемых
территорий Северо-Западного Кавказа по сезонам года и годам
Весенний период характеризуется активизацией процессов роста и
размножения почвеьшых водорослей В тоже время нагрузка транспорта на
автотрассу весной не столь значительна, часть загрязняющих веществ
(тяжелые металлы, органические соединения и т д ) вымываю!ся из 1ючвы
осадками, часть из них образует комплексы соединений, оказывающие
меньшее воздействие на природные экосистемы В этот период наблюдается
общее
увеличение
видового
и
количественного
состава
почвенных
водорослей
Летний период характеризуется сложным взаимодействием почвенной
альгофлоры
с экотопом экосистемы. В
этот период активизируются
процессы роста и размножения, что позволяет почвенным водорослям
создавать большие колонии
С другой стороны, летом нагрузка на
придорожные экосистемы возрастает в связи с увеличением количества
транспортного потока (на Лагонакской автотрассе).
В осенний периоа наблюдается снижение видового и численного
состава почвенной альгофлоры изучаемого района, что связано со снижением
биосинтетических
процессов
Хотя
автотранспортная
нагрузка
на
придорожные экосистемы осенью снижается, влияние загрязняющих веществ
еще велико в связи с их накоплением в почве за предыдущие периоды.
Поэтому в образцах, взятых в осенний период наблюдается уменьшение
19
видового
разнообразия
альгосинузий
(некоторые
виды
исчезают)
и
численности массовых видов почвенных водорослей.
Изменение численности почвенной альгофлоры изучаемой территории
наблюдаете не только по сезонам, но и по годам
Г л а в а 7. Индикаторная роль почвенных водорослей и
альгосинузий охраняемых территорий Северо-Западного К а в к а з а .
П о ч в е н н ы е водоросли и альгосинузий я в л я ю т с я Ч У Т К И М И индикаторами
состояния
экосистем
неблагополучия
В
мониторинге
учитывают
состояние
п р и диагностике
почвенной
экологического
биоты,
в
частности,
на
почвенную
альгофлоры
Оценку'
влияния
линейного
источника
загрязнения
альгофлору ( ч и с л е н н о с т ь и видовой состав) проводили н а о с н о в е и з у ч е н и я
взаимосвязей показателей, характеризующих негативное в л и я н и е выбросов
автотранспорта
и
показателей
биоразнообразия
В
качестве
первых
показателей в ы с т у п а л и к о н ц е т р а ц и и т я ж е л ы х металлов ( С о , N i , С и , Z n , P b )
и р Н п о ч в ы . Биоразнообразие характеризовалось ч и с л е н н о с т ь ю и о б щ и м
в и д о в ы м составом водорослей
В к а ч е с т в е о ц е н к и взаимосвязи использовали коэффициент корреляции
ШфСОна,
к а к адекватного
непрерьшным
показателя д л я признаков
характером и з м е н ч и в о с т и
с
количественным
М а т р и ц а п а р н ы х коэффициентов
к о и ) е я я ц и и п р и в е я е н а в таблице 2.
'
Таблица 2
М а т р и ц а парных коэффициентов корреляции показателей,
характеризующих в л и я н и е ф е д ы и биологического разнообразия
Признак
Pb
Со
№
Си
Ztt
_BlL
0,66*
1,00
0,49*
0,47*
-0,09
0,09
0,07
0.14
Со
1,00
0,60*
0,67*
0,15
-0,14
0,35
0,46*
Nf
0.79*
0,31
1,00
0,17
-0,19
-0,01
Си
0,01
1,00
-0,12
0,24
0_37
Zn
1,00
0,58*
-0,42*
-0,36*
Pb
1,00
-0,60*
-0,71 ■•
£И_
1,00
0,89*
1,00
Гфимечание Кроме символов химических элементов в таблице обозначены В - общее
число видов воцсфослей, Ч - общий численный состав. Знак * указьшает на
достоверность коэффициагга корреляции
20
в
результате проведенного анализа (табл 2) выявлена достоверная
положительная
составом
корреляция концентрации никеля с общим численным
водорослей
и
одновременное
отсутствие
достоверной
связи
концентрации никеля с основным агентом автотранспортного загрязнения
окружающей
среды
-
концентрацией
свинца
Содержание
никеля
в
почвенных образцах в пределах из^-чаемой зоны обусловлено естественным
его
фоном
в
почве
Поэтому
наличие
данного
металла
не
влияет
отрицательно на биоразнообразие Обнаружена достоверная отрицательная
связь концентрации свинца и кислотности почвы с уже выявленными
показателями биоразнообразия Эти данные могут свидетельствовать только
о негативном влиянии линейного источника загрязнения и его выбросов на
общее количество видов водорослей и их численных состав Такие данные
полностью
подтверждают
выбор
объекта
исследования
в
качестве
биоиндикатора - биологического объекта, способного «следить» за средой
Аналогичный результат,
а именно, сильная отрицательная корреляция
выявлена
связи
при
оценке
кислотности
почвы
с
показателями
биоразнообразия, что является еще одним аргументом для предыдущего
заключения
Оценить
меру связи системно, то
есть между двзгмя наборами
переменных - средовых характеристик и показателей биоразнообразия
возможно при помощи одного из многомерных статистических методов метода канонических корреляций В рамках данного метода оценивается как
сила связи между двумя наборами признаков, так и их характер, отраженный
в частных коэффициентах
Полученные результаты свидетельствзтот об адекватности выбранного
объекта задаче оценки влияния антропогенного воздействия на биоценозы численность и общий видовой состав водорослей. Основной, в данном
случае, статистический показатель - коэффициент детерминации R велик и
достоверен
(R=0,80;
р<0,05).
Все
связи
между
всеми
показателями,
характеризующими два набс^за признаков отрицательны Следует отметить,
21
что для данного анализа были использованы такие х^актеристики среды как
ко1щентрации меди, свинца, цинка и кислотности почв, явллющиеся
основными элементами автотранспортного загрязнения среды
Данные
анализа подтверждают, что кроме концентрации цинка все остальные
показа гели
(медь,
свинец
и
кислотность
почвы)
обнаруживают
отрицательную связь с видовым разнообразием и общей численностью
водорослей (коэффициенты канонических корреляций отрицательны)
Выводы
1 Для охраняемых территорий Северо-Западного Кавказа выявлено 65
видов почвенных водорослей, относящихся к 41 роду, 28 семействам и 9
классам Впервые для региона указываются 32 вида, 18 родов и 11 семейств
почвенных водорослей.
2 Выявлено 25 видов почвенных водорослей - доминантов, которые
образуют доминирующие альгосинузии в почвах охраняемых территорий
Северо-Западного Кавказа Доминируют альгосинузии, в составе которых
имеются следующие виды почвенных водорослей: Microcystis pulverea.
Oscillatoria chlorina, PhormiAum foveolarum, Stigeoclonium tenue, Chlorella
vulgaris, Chlamydomonas debaryana, Pinnularia leptosoma и щ>
3 Впервые выявлены 2-х и 3-х видовые почвенные альгосинузии индикаторы антропогенного загрязнения Chlorella vulgaris + Heterotnx
exilis; Oscillatoria chlorina + Stigeoclonium tenue; Microcystis pulverea +
Oscillatoria amphibia + Phormidium foveolarum; Oscillatoria amphibia +
Phormidium foveolarum + Phormidium ambiguum,
Chlorella vulgaris +
Oscillatoria chlorina + Pinnularia leptosoma; Chlorella vulgaris + Oscillatoria
chlorina + Chlamydomonas debaryana.
4. Ha видовой, численный состав, сезонную динамику почвенных
водорослей
и
альгосинузии
оказьгоают
влияние
тяжелые
металлы,
накапливающиеся в почвах придорожных экосистем охраняемых территорий
На расстоянии 50 м от линейного источника загрязнения содержание
тяжелых металлов в почве снижается в 1,2 - 2,5 раза, а видовой состав
22
почвенных водорослей увеличивается в 1,2 - 1.3 раза, численность возрастает
- в 1,3 - 1 5 раза
5
Видовой и численный состав почвенной альгофлоры зависит от
изменения р Н почв, вызванного антропогенными загрязнениями В образцах
почвы, взятых у края полотна дороги, показатели рН колеблются от 7,02 до
8,31, а на расстоянии 50 м - от 6,83 до 7.17 При этом видовой состав
водорослей увеличивается в 3 - 3.5 раза, численность возрастает в 2.5 - 3
раза
6 В почвах района исследований отмечено изменение видово! о состава
почвенных водорослей по сезонам. Б летний период количество видов
водорослей увеличивается в 1,3 раза, осенью снижается в 1,2 раза Колебания
численности водорюслей отмечены по сезонам года (летом их численность
увеличивается в 1,1 - 1,3 раза, а осенью снижается в 1,2 -1.5 раза).
7
Индикаторные виды почвенных вод(»рослей и альгосинузии в
настоящее время используются в Кавказском государственном биосферном
природном заповеднике для прогноза состояния лесных экосистем, а также
могут быть применены в целях экологического мониторинга
других
охраняемых территсфий Севфо-Западного Кавказа
СПИСОК ОПУБЛИКОВ.^ННЫХ РАБОТ
1 Криворотов С Б., Володина О.В Влияние антропогенных факторов
на
динамику
сообществах
почвенной
альгофлоры
Северо-Западного
Кавказа
в
охраняемых
//
Сборник
растительных
материалов
П
Международной научно-практической конференции «Природно-ресурсный
потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России» - Пенза, 2002
- С . 81-83.
2
Криворотов С Б . , Володина О.В. Почвенные водоросли и их
группировки на охраняемых территориях Северо-Западного Кавказа //
Материалы докладов V
летию
Ингушского
Международной конференции, посвященной 10госуд^ственного
у1шверситета
разнообразие Кавказа». - Магас, 2003 - С. 56 - 59
23
«Биологическое
3 Криворотов С Б , Володина О В. К изучению почвенных водорослей
окраняемьос
территорий
Северо-Западного
современного естествознания»
- М
Кавказз/'-Журнал
;'Успехи
изд-во '< Академия Естествознания»,
2003,№12 - С 92-93
4
Володина
водорослей
ОБ
Распредапение
охраняемых
территорий
видового
состава
Северо-Западного
почвенных
Кавказа
в
зависимости от рН почв /' Журнал «Успехи современного естествознания» М
изд-во ^Академия Естествознания», 2004, № 4 . - С
5 Володина О В
140-141
Индикация экологического состояния охраняемьрс
территорий Северо-Западного Кавказа с помощью группировок почвенных
водорослей '/ А В O V O Студенческий научный журнал А Г У - Майкоп издво А Г У , 2004. - С. 99 - 105.
6 Володина О.В., Криворотов С Б Изучение влияния антропогенных
факторов
на динамик^' почвенной альгофлоры некоторых
охраняемых
территорий Северю-Западного Кавказа /' Актуальные вопросы экологии и
охраны природы экосистем южных регионов России
территорий
Материалы Х У Л
меяфеспубликанской
и
сопредельных
научно-практической
конференции -Краснодар: Кубанский госуниверситет, 2004 - С . 6 - 9 .
7 Букарева О В., Криворотов С Б. Изменение видового и численного
состава почвенных водорослей охраняемых тдзриторий Северо-Западного
Кавказа под воздействием линашых источников загрязнения // Актуальные
вопросы экологии и охраны прщюды экосистем южных регионов России и
сопредельных террит^зий Материалы Х У Ш меяфеспубликанской научнопрактической конференции - Краснодар' Кубанский госуниверситет, 2005 С 14-17.
8.
Криворотов
СБ.,
Букарева
ОВ
Почвенные
водоросли
как
биоиндикаторы загрязнения почв охраняемых территорий Северо-Западного
Кавказа
тяжелыми
металлами
//
Журнал
«Успехи
современного
естествознания» - М ; изд-во «Академия Естествознания», 2005, № 1 1 , С.12-16.
24
Бумага тип. № 2. Печать трафаретная
Тираж 100 экз. Заказ № 405 от 23.11.05 г.
Кубанский государственный университет.
350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149,
Центр "Универсервис", тел. 21-99-551
P24 8 90
РНБ Русский фонд
2006-4
23461