Роль крупных древесных остатков в выживании почвенной макрофауны на загрязненных металлами территориях Среднего Урала

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

На фоновой и загрязненной территории сравнивали почвенную макрофауну трех микростаций — внутри валежных стволов лиственных деревьев (липа, осина) последних стадий разложения, под стволами и вне влияния стволов (стандартные почвенные пробы). Анализировали состав макрофауны на двух уровнях — надвидовых таксонов и видов для нескольких таксоценов (дождевые черви, многоножки, паукообразные, жужелицы, щелкуны, моллюски). Работа проведена в елово-пихтовых лесах южной тайги, в районе действия выбросов Среднеуральского медеплавильного завода. На уровне надвидовых таксонов состав макрофауны мало различается между разлагающимися стволами и стандартными почвенными пробами. На уровне видов разница между микростациями зависит от конкретного таксоцена — видовой состав валежных стволов либо почти совпадает со стандартными пробами (моллюски), либо специфичен (щелкуны), либо более разнообразен (многоножки, паукообразные, жужелицы), либо редуцирован из-за выпадения определенной экологической группы (дождевые черви). Ординация микростаций по обобщенному списку видов для исследованных таксоценов совпадает с ординацией по составу макрофауны на уровне надвидовых таксонов. Общая плотность и обилие большинства групп почвенной макрофауны выше в стволах по сравнению со стандартными пробами. На фоновой территории разница особенно контрастна (в 2—6 раз) для дождевых червей, сенокосцев, литобиид, растительноядных клопов, жужелиц, личинок хирономид. На загрязненных участках разница выражена значительно сильнее: для дождевых червей составляет 70 раз, моллюсков — 30 раз, клопов — 10 раз, личинок чешуекрылых — 7 раз, пауков — 5 раз, диплопод — 4 раза. Преимущественное обитание почвенной макрофауны в валежных стволах на загрязненной территории может быть связано со значительно меньшим содержанием в разлагающейся древесине потенциально токсичных металлов по сравнению с лесной подстилкой: для Pb разница составляет 85 раз, Fe — 77 раз, Cu — 25 раз, Cd — 2.6 раза, Zn — 1.7 раза. Таким образом, негативное влияние загрязнения на почвенную макрофауну менее выражено в разлагающихся стволах деревьев по сравнению со стандартными почвенными пробами.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. Л. Воробейчик

Институт экологии растений и животных УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ev@ipae.uran.ru
Россия, ул. 8 Марта, д. 202, Екатеринбург, 620144

А. И. Ермаков

Институт экологии растений и животных УрО РАН

Email: ev@ipae.uran.ru
Россия, ул. 8 Марта, д. 202, Екатеринбург, 620144

М. Е. Гребенников

Институт экологии растений и животных УрО РАН

Email: ev@ipae.uran.ru
Россия, ул. 8 Марта, д. 202, Екатеринбург, 620144

Д. В. Нестеркова

Институт экологии растений и животных УрО РАН

Email: ev@ipae.uran.ru
Россия, ул. 8 Марта, д. 202, Екатеринбург, 620144

М. П. Золотарев

Институт экологии растений и животных УрО РАН

Email: ev@ipae.uran.ru
Россия, ул. 8 Марта, д. 202, Екатеринбург, 620144

А. Н. Созонтов

Институт экологии растений и животных УрО РАН

Email: ev@ipae.uran.ru
Россия, ул. 8 Марта, д. 202, Екатеринбург, 620144

Список литературы

  1. Бельская Е. А. Динамика трофической активности филлофагов березы в период снижения атмосферных выбросов медеплавильного завода // Экология. 2018. № 1. С. 74—80. https://doi.org/10.7868/S0367059718010092
  2. Бельский Е. А., Ляхов А. Г. Динамика населения птиц-дуплогнездников в условиях сокращения промышленных выбросов (на примере Среднеуральского медеплавильного завода) // Экология. 2021. № 4. P. 278—288. https://doi.org/10.31857/S0367059721040041
  3. Бергман И. Е., Воробейчик Е. Л. Влияние выбросов медеплавильного завода на формирование запаса и разложение крупных древесных остатков в елово-пихтовых лесах // Лесоведение. 2017. № 1. С. 24—38.
  4. Воробейчик Е. Л. Изменение мощности лесной подстилки в условиях химического загрязнения // Экология. 1995. № 4. С. 278—284.
  5. Воробейчик Е. Л. Сезонная динамика пространственного распределения целлюлозолитической активности почвенной микрофлоры в условиях атмосферного загрязнения // Экология. 2007. № 6. С. 427—437.
  6. Воробейчик Е. Л., Бергман И. Е. Bait-lamina test в оценке загрязненных почв: выбор длительности экспонирования // Экология. 2020. № 5. С. 354—364. https://doi.org/10.31857/S0367059720050133
  7. Воробейчик Е. Л., Ермаков А. И., Гребенников М. Е. Начальные этапы восстановления сообществ почвенной мезофауны после сокращения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2019. № 2. С. 133—148. https://doi.org/10.1134/S0367059719020112
  8. Воробейчик Е. Л., Ермаков А. И., Золотарев М. П., Тунева Т. К. Изменение разнообразия почвенной мезофауны в градиенте промышленного загрязнения // Russian Entomological Journal. 2012. Т. 21. № 2. С. 203—218.
  9. Воробейчик Е. Л., Ермаков А. И., Нестеркова Д. В., Гребенников М. Е. Крупные древесные остатки как микростации обитания почвенной мезофауны на загрязненных территориях // Известия РАН. Серия биологическая. 2020. № 1. С. 85—95. https://doi.org/10.1134/S0002332920010178
  10. Воробейчик Е. Л., Кайгородова С. Ю. Многолетняя динамика содержания тяжелых металлов в верхних горизонтах почв в районе воздействия медеплавильного завода в период снижения его выбросов // Почвоведение. 2017. № 8. С. 1009—1024. https://doi.org/10.7868/S0032180X17080135
  11. Воробейчик Е. Л., Нестеркова Д. В. Техногенная граница распространения крота в районе воздействия медеплавильного завода: смещение в период сокращения выбросов // Экология. 2015. № 4. С. 308—312. https://doi.org/10.7868/S0367059715040162
  12. Воробейчик Е. Л., Пищулин П. Г. Влияние деревьев на скорость деструкции целлюлозы в почвах в условиях промышленного загрязнения // Почвоведение. 2011. № 5. С. 597—610.
  13. Воробейчик Е. Л., Трубина М. Р., Хантемирова Е. В., Бергман И. Е. Многолетняя динамика лесной растительности в период сокращения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2014. № 6. С. 448—458. https://doi.org/10.7868/S0367059714060158
  14. Всеволодова-Перель Т. С. Дождевые черви фауны России. М.: Наука, 1997. 102 с.
  15. Гераськина А. П. Проблемы количественной оценки и учета фаунистического разнообразия дождевых червей в лесных сообществах // Russian Journal of Ecosystem Ecology. 2016а. Т. 1. № 2. https://doi.org/10.21685/2500-0578-2016-2-4
  16. Гераськина А. П. Население дождевых червей (Lumbricidae) в основных типах темнохвойных лесов Печоро-Илычского заповедника // Зоологический журнал. 2016б. Т. 95. № 4. С. 394—405. https://doi.org/10.7868/S0044513416020094
  17. Гераськина А. П., Шевченко Н. Е. Биотопическая приуроченность дождевых червей в малонарушенных лесах Тебердинского биосферного заповедника // Лесоведение. 2018. № 6. С. 464—478. https://doi.org/10.1134/S0024114818060037
  18. Золотарев М. П. Изменение таксономической структуры населения паукообразных-герпетобионтов в градиенте загрязнения от выбросов медеплавильного комбината // Экология. 2009. № 5. С. 378—382.
  19. Золотарев М. П., Нестерков А. В. Паукообразные (Aranei, Opiliones) лугов: реакция на загрязнение выбросами Среднеуральского медеплавильного завода // Экология. 2015. № 1. С. 48—56.
  20. Коркина И. Н., Воробейчик Е. Л. Индекс форм гумуса — перспективный инструмент для экологического мониторинга // Экология. 2016. № 6. С. 434—440. https://doi.org/10.7868/S0367059716060081
  21. Михайлова И. Н. Динамика сообществ эпифитных лишайников в начальный период после снижения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2020. № 1. С. 43—50. https://doi.org/10.31857/S0367059720010072
  22. Михайлова И. Н. Динамика границ распространения эпифитных макролишайников после снижения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2022. № 5. С. 321—333. https://doi.org/10.31857/S0367059722050080
  23. Мухачева С. В. Многолетняя динамика сообществ мелких млекопитающих в период снижения выбросов медеплавильного завода. I. Состав, обилие и разнообразие // Экология. 2021. № 1. С. 66—76. https://doi.org/10.31857/S0367059721010108
  24. Нестерков А. В. Признаки восстановления сообществ беспозвоночных травостоя после снижения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2022. № 6. С. 468—478. https://doi.org/10.31857/S0367059722060130
  25. Нестерков А. В., Гребенников М. Е. Сообщества моллюсков лугового травостоя в условиях снижения выбросов медеплавильного производства // Экология. 2020. № 6. С. 471—480. https://doi.org/10.31857/S0367059720060062
  26. Нестеркова Д. В. Распространение и численность европейского крота (Talpa europaea L.) в районах воздействия двух медеплавильных заводов на Урале // Экология. 2014. № 5. С. 385—392.
  27. Трубина М. Р., Михайлова И. Н., Дьяченко А. П. Динамика сообществ криптогамных организмов на мертвой древесине после снижения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2022. № 6. С. 468—478. https://doi.org/10.31857/S0367059722060166
  28. Фарзалиева Г. Ш. Определитель многоножек (Myriapoda) Урала и Приуралья // Вестник Пермского университета. 2009. Т. 10. № 36. С. 66—72.
  29. Arnold R. E., Hodson M. E., Langdon C. J. A Cu tolerant population of the earthworm Dendrodrilus rubidus (Savigny, 1862) at Coniston Copper Mines, Cumbria, UK // Environmental Pollution. 2008. V. 152. № 3. P. 713—722. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2007.06.048
  30. Ashwood F., Vanguelova E. I., Benham S., Butt K. R. Developing a systematic sampling method for earthworms in and around deadwood // Forest Ecosystems. 2019. V. 6: 33. https://doi.org/10.1186/s40663-019-0193-z
  31. Belskii E., Lyakhov A. Improved breeding parameters in the pied flycatcher with reduced pollutant emissions from a copper smelter // Environmental Pollution. 2022. V. 302(1): 119089. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.119089
  32. Bengtsson G., Tranvik L. Critical metal concentrations for forest soil invertebrates. A review of the limitations // Water, Air, Soil Pollut. 1989. V. 47. № 3-4. P. 381—417.
  33. Berg M. P., Bengtsson J. Temporal and spatial variability in soil food web structure // Oikos. 2007. V. 116. № 11. P. 1789—1804.
  34. Chao A., Gotelli N. J., Hsieh T. C., Sander E. L., Ma K. H., Colwell R. K., Ellison A. M. Rarefaction and extrapolation with Hill numbers: a framework for sampling and estimation in species diversity studies // Ecological Monographs. 2014. V. 84. № 1. P. 45—67. https://doi.org/https://doi.org/10.1890/13-0133.1
  35. Dulya O. V., Bergman I. E., Kukarskih V. V., Vorobeichik E. L., Smirnov G. Y., Mikryukov V. S. Pollution-induced slowdown of coarse woody debris decomposition differs between two coniferous tree species // Forest Ecology and Management. 2019. V. 448. P. 312—320. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2019.06.026
  36. Esenin A. V., Ma W. C. Heavy metals (Cd, Cu, Zn) in wood and wood-feeding insects and other invertebrates associated with decaying pine trees // Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology. 2000. V. 64. № 2. P. 242—249.
  37. Farzalieva G. S., Esyunin S. L. The harvestman fauna of the Urals, Russia, with a key to the Ural species (Arachnida: Opiliones) // Arthropoda Selecta. 2000. V. 8. № 3. P. 183—199.
  38. Harmon M. E., Franklin J. F., Swanson F. J., Sollins P., Gregory S. V., Lattin J. D., Anderson N. H., Cline S. P., Aumen N. G., Sedell J. R., Lienkaemper G. W., Cromack Jr K., Cummins K. W. Ecology of coarse woody debris in temperate ecosystems // Advances in Ecological Research. 1986. V. 15. P. 133—302.
  39. Haughian S. R., Frego K. A. Does CWD mediate microclimate for epixylic vegetation in boreal forest understories? A test of the moisture-capacitor hypothesis // Forest Ecology and Management. 2017. V. 389. P. 341—351. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2017.01.011
  40. Huhta V., Siira-Pietikäinen A., Penttinen R. Importance of dead wood for soil mite (Acarina) communities in boreal old-growth forests // Soil Organisms. 2012. V. 84. № 3. P. 499—512.
  41. Jabin M., Mohr D., Kappes H., Topp W. Influence of deadwood on density of soil macro-arthropods in a managed oak-beech forest // Forest Ecology and Management. 2004. V. 194. № 1-3. P. 61—69. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2004.01.053
  42. Kappes H., Catalano C., Topp W. Coarse woody debris ameliorates chemical and biotic soil parameters of acidified broad-leaved forests // Applied Soil Ecology. 2007. V. 36. № 2. P. 190—198. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2007.02.003
  43. Kappes H., Jabin M., Kulfan J., Zach P., Topp W. Spatial patterns of litter-dwelling taxa in relation to the amounts of coarse woody debris in European temperate deciduous forests // Forest Ecology and Management. 2009. V. 257. № 4. P. 1255—1260.
  44. http://dx.doi.org/10.1016/j.foreco.2008.11.021
  45. Kemencei Z., Farkas R., Pall-Gergely B., Vilisics F., Nagy A., Hornung E., Solymos P. Microhabitat associations of land snails in forested dolinas: implications for coarse filter conservation // Community Ecology. 2014. V. 15. № 2. P. 180—186. https://doi.org/10.1556/comec.15.2014.2.6
  46. Khanina L., Bobrovsky M. Value of large Quercus robur fallen logs in enhancing the species diversity of vascular plants in an old-growth mesic broad-leaved forest in the Central Russian Upland // Forest Ecology and Management. 2021. V. 491: 119172. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2021.119172
  47. Kluber M. R., Olson D. H., Puettmann K. J. Downed wood microclimates and their potential impact on plethodontid salamander habitat in the Oregon Coast Range // Northwest Science. 2009. V. 83. № 1. P. 25—34.
  48. Korkina I. N., Vorobeichik E. L. Humus Index as an indicator of the topsoil response to the impacts of industrial pollution // Applied Soil Ecology. 2018. V. 123. P. 455—463. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2017.09.025
  49. Korkina I. N., Vorobeichik E. L. Non-typical degraded and regraded humus forms in metal-contaminated areas, or there and back again // Geoderma. 2021. V. 404: 115390. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2021.115390
  50. Langdon C. J., Piearce T. G., Feldmann J., Semple K. T., Meharg A. A. Arsenic speciation in the earthworms Lumbricus rubellus and Dendrodrilus rubidus // Environmental Toxicology and Chemistry. 2003. V. 22. № 6. P. 1302—1308.
  51. Langdon C. J., Piearce T. G., Meharg A. A., Semple K. T. Resistance to copper toxicity in populations of the earthworms Lumbricus rubellus and Dendrodrilus rubidus from contaminated mine wastes // Environmental Toxicology and Chemistry. 2001. V. 20. № 10. P. 2336—2341.
  52. Mikryukov V. S., Dulya O. V. Contamination-induced transformation of bacterial and fungal communities in spruce-fir and birch forest litter // Applied Soil Ecology. 2017. V. 114. P. 111—122. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2017.03.003
  53. Mikryukov V. S., Dulya O. V., Bergman I. E., Lihodeevskiy G. A., Loginova A. D., Tedersoo L. Sheltering role of well-decayed conifer logs for forest floor fungi in long-term polluted boreal forests // Frontiers in Microbiology. 2021. V. 12: 729244. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.729244
  54. Mikryukov V. S., Dulya O. V., Modorov M. V. Phylogenetic signature of fungal response to long-term chemical pollution // Soil Biology and Biochemistry. 2020. V. 140: 107644. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2019.107644
  55. Paradis E., Schliep K. ape 5.0: An environment for modern phylogenetics and evolutionary analyses in R // Bioinformatics. 2019. V. 35. P. 526—528. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bty633
  56. Parisi F., Pioli S., Lombardi F., Fravolini G., Marchetti M., Tognetti R. Linking deadwood traits with saproxylic invertebrates and fungi in European forests — A review // IForest. 2018. V. 11. № 3. P. 423—436. https://doi.org/10.3832/ifor2670-011
  57. Peel M. C., Finlayson B. L., McMahon T. A. Updated world map of the Köppen-Geiger climate classification // Hydrology and Earth System Sciences. 2007. V. 11. № 5. P. 1633—1644. https://doi.org/10.5194/hess-11-1633-2007
  58. Persson T., Lenoir L., Vegerfors B. Which macroarthropods prefer tree stumps over soil and litter substrates? // Forest Ecology and Management. 2013. V. 290. P. 30—39. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2012.09.009
  59. Płytycz B., Kielbasa E., Grebosz A., Duchnowski M., Morgan A. J. Riboflavin mobilization from eleocyte stores in the earthworm Dendrodrilus rubidus inhabiting aerially-contaminated Ni smelter soil // Chemosphere. 2010. V. 81. № 2. P. 199—205. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2010.06.056
  60. Pustejovsky J. E. Using response ratios for meta-analyzing single-case designs with behavioral outcomes // Journal of School Psychology. 2018. V. 68. P. 99—112. https://doi.org/10.1016/j.jsp.2018.02.003
  61. Raymond-Léonard L.J., Bouchard M., Handa I. T. Dead wood provides habitat for springtails across a latitudinal gradient of forests in Quebec, Canada // Forest Ecology and Management. 2020. V. 472: 118237. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2020.118237
  62. Römbke J., Blick T., Dorow W. H.O. Allolobophoridella eiseni (Lumbricidae), a truly arboreal earthworm in the temperate region of Central Europe // Soil Organisms. 2017. V. 89. № 2. P. 75—84.
  63. Spiders of Europe [Электронный ресурс]. https:// www.araneae.nmbe.ch (дата обращения: 03.10.2023).
  64. Sysoev A., Schileyko A. Land snails and slugs of Russia and adjacent countries. Sofia; Moscow: Pensoft, 2009. 179 p.
  65. Terhivuo J., Pankakoski E., Hyvarinen H., Koivisto I. Pb uptake by ecologically dissimilar earthworm (Lumbricidae) species near a lead smelter in south Finland // Environmental Pollution. 1994. V. 85. № 1. P. 87—96.
  66. Topp W., Kappes H., Kulfan J., Zach P. Distribution pattern of woodlice (Isopoda) and millipedes (Diplopoda) in four primeval forests of the western Carpathians (Central Slovakia) // Soil Biology and Biochemistry. 2006. V. 38. № 1. P. 43—50.
  67. Vorobeichik E., Nesterkov A., Ermakov A., Zolotarev M., Grebennikov M. Diversity and abundance of soil macroinvertebrates along a contamination gradient in the Central Urals, Russia // Biodiversity Data Journal. 2022. V. 10: e76968. https://doi.org/10.3897/BDJ.10.e76968
  68. Vorobeichik E., Nesterkov A., Golovanova E., Nesterkova D., Ermakov A., Grebennikov M. Long-term dynamics of the abundance of earthworms and enchytraeids (Annelida, Clitellata: Lumbricidae, Enchytraeidae) in forests of the Central Urals, Russia // Biodiversity Data Journal. 2021. V. 9: e75466. https://doi.org/10.3897/BDJ.9.e75466
  69. Vorobeichik E. L., Bergman I. E. Bait-lamina test for assessment of polluted soils: Rough vs. Precise scales // Ecological Indicators. 2021. V. 122: 107277. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2020.107277
  70. Vorobeichik E. L., Korkina I. N. A bizarre layer cake: Why soil animals recolonizing polluted areas shape atypical humus forms // Science of the Total Environment. 2023. V. 904: 166810. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.166810
  71. Zuo J., Fonck M., van Hal J., Cornelissen J. H.C., Berg M. P. Diversity of macro-detritivores in dead wood is influenced by tree species, decay stage and environment // Soil Biology and Biochemistry. 2014. V. 78. P. 288—297. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2014.08.010

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Величина эффекта (effect size) и 95 %-ные доверительные интервалы для ряда таксонов: (а) — отношение обилия в валежном стволе к обилию вне ствола в фоновой и импактной зонах загрязнения, (б) — отношение обилия в импактной зоне к обилию в фоновой зоне в валежном стволе и вне ствола.

Скачать (59KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Ординация трех микростаций (валежный ствол, под стволом, вне ствола) в фоновой зоне: (а) — по групповому составу макрофауны, (б) — по видовому составу нескольких таксонов (дождевые черви, моллюски, пауки, сенокосцы, многоножки, жужелицы, щелкуны). В скобках — доля объясняемой дисперсии, линия обозначает 95%-ные эллипсы.

Скачать (33KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Ординация трех микростаций (валежный ствол, под стволом, вне ствола) в импактной зоне: (а) — по групповому составу макрофауны, (б) — по видовому составу нескольких таксонов (дождевые черви, моллюски, пауки, сенокосцы, многоножки, жужелицы, щелкуны). В скобках — доля объясняемой дисперсии, линия обозначает 95%-ные эллипсы.

Скачать (38KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Ординация двух микростаций (валежный ствол, вне ствола) в фоновой и импактной зонах: (а) — по групповому составу макрофауны, (б) — по видовому составу нескольких таксонов (дождевые черви, моллюски, пауки, сенокосцы, многоножки, жужелицы, щелкуны). В скобках — доля объясняемой дисперсии, линия обозначает 95%-ные эллипсы.

Скачать (36KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Профили Хилла для обобщенного списка видов: (а) — стандартные почвенные пробы, (б) — ствол, (в) — под стволом.

Скачать (31KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024