ЛАНДШАФТНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ МЕЗОНАСЕЛЕНИЯ СТЕПНЫХ ПОЧВ В ПРОЦЕССЕ УРБАНИЗАЦИИ
LANDSCAPE AND ECOLOGICAL ANALYSIS OF MESOPOPULATION’ CHANGES OF STEPPE SOILS IN THE PROCESS OF URBANIZATION
Е.П. Бессолицына
E.P. Bessolitsyna
Институт географии им. В.Б. СочавыСОРАН
(Россия, 664033, г. Иркутск, Улан-Баторская, 1)
V.B. Sochava Institute of Geography Siberian Branch RAS
(Russia, 664033, Irkutsk, Ulan-Batorskaya St., 1)
e-mail: bessol@irigs.irk.ru
Дан сравнительный анализ структуры комплексов беспозвоночных урбанизированных и преобладающих в регионе почв степных геосистем. Рассмотрены условия преобразования почвенного покрова и экологически значимые факторы, влияющие на состояние почвенно-биотических сообществ в городской среде; показаны возможности использования структуры зооценозов для диагностики изменения степных почв под воздействием антропогенных факторов.
A comparative analysis is given of the structure of invertebrates complexes of urbanized soils and steppe soils, prevailing in the region. The paper considers the conditions for transformation of the soil cover and environmentally significant factors affecting the state of soil-biotic communities in the urban environment, and shows the possibilities of using structure of zoocenoses for diagnostics of changes in steppe soils under impact of anthropogenic factors.
Одной из задач современной геоэкологии является изучение происходящих в биосфере процессов и закономерностей влияния урботехногенеза на природные сообщества, совершенствование системы мониторинга и диагностики состояния нарушенных геосистем.
Оставаясь базовым компонентом формирующихся в условиях урбанизации городских экосистем, почва испытывает наиболее сильное влияние антропогенного пресса, в результате которого происходят значительные изменения горизонтальной и вертикальной структуры, нарушения морфологического строения, физических и химических свойств исходного почвенного покрова.
Почва, обладая сорбционными и санитарными свойствами, выполняя важнейшие биогеоценотические и биосферные функции, обеспечивает сохранение основных свойств и механизмов буферности городской геотехносистемы [3]. Состояние почвенного покрова имеет большое значение для устойчивого функционирования растительного покрова и урбоэкосистемы в целом. Именно поэтому состояние почвы является одним из основных индикаторов устойчивости природного комплекса в урбанизированной среде и остроты экологической ситуации в геотехносистеме [5].
Оценка экологической ситуации городской среды должна проводиться с учетом ответных реакций биотических сообществ на процессы урботехногенеза, объединяя метод биоиндикации с геохимическими методами. Сообщества почвенных беспозвоночных являются носителями эколого-географической информации о процессах, протекающих в почвах, чувствительны к изменению эдафических условий и могут использоваться в качестве индикаторов для оценки состояния геосистем и экологического контроля [1]. Являясь сорбентами природных и синтезируемых или привнесенных человеком токсических соединений, почвообитающие животные выполняют активную роль в трансформации и перераспределении поступающих в почву веществ.
Основная часть фактических данных получена в результате экспедиционных исследований в 2009 и 2011 гг. на полигоне-трансекте Новониколаевского степного стационара Института географии, расположенного в Койбальской степи (респ. Хакасия) и на территории г. Саяногорска. Объекты исследований – основные типы городских почв: урбаноземы, реплантоземы, культуроземы и беспозвоночные животные, обитающие в них. Структура почвенной биоты изучалась на специально выбранных тестовых площадях, расположенных в разных районах города, включающих селитебные, промышленные и лесопарковые зоны, различающиеся по форме и степени антропогенного воздействия. Для получения более надежной характеристики изменений структуры зооценозов в процессе урбанизации были проведены специальные обследования фоновых почв за пределами городской среды в минимальной степени подверженных антропогенному воздействию.
Естественный почвенный покров района исследований представлен средне- и легкосуглинистыми, местами супесчаными малогумусными черноземами (преобладают обыкновенные и южные черноземы), для которых характерна небольшая мощность профиля – от 10 до 60 см (древняя терраса Енисея). В более засушливой части распространены темно-каштановые почвы в комплексе с солончаками, солонцами и солонцеватыми почвами.
На территории города естественный почвенный покров большей частью уничтожен, небольшими участками встречаются неокультуренные малоразвитые черноземовидные галечниковые почвы. Маломощные урбаноземы представляют собой один из основных типов почв г. Саяногорска, неокультуренные и, как правило, в различной степени загрязненные. Реплантоземы (почвоподобные тела), состоящие из реплантированного маломощного поверхностного горизонта (около 10 см) путем нанесения плодородного слоя на оставшийся после строительства грунт или специально сделанную отсыпку. Распространены на озелененных рекультивированных участках междворовых пространств, в районах городских новостроек, на газонах около детских и спортивных площадок, автовокзала, вдоль городских магистралей и т.д. Культуроземы – природно-антропогенные почвы с гумусовым горизонтом более 40-50 см, сформированным в процессе длительной рекультивации. Это почвы городских скверов и парков со значительным содержанием слабо разложившихся растительных остатков, умеренно загрязненные антропогенными включениями.
Сбор материала и его обработка осуществлялись по методикам, рекомендованным для почвенно-зоологических и биогеоценологических исследований [4]. Количественные характеристики (численность и биомасса педобионтов) представлены графически по средним (суммарным) для каждой площади величинам с использованием методов математической статистики [2] и пакета программ Excel.
Район исследований характеризуется напряженным гидротермическим режимом, что естественно отражается на структуре биотических сообществ. В составе населения почв доминируют ксерофилы, мезоксерофилы. По сравнению с зооценозами степей других регионов в сухих и довольно жарких в летний период почвах равнинной части Минусинской котловины более высока численность ксерорезистентных видов насекомых. Это особенно выражено в почвах настоящих сухих степей, где 95-98 % общего количества – насекомые. Геобионтные сапрофаги, как и все остальные группы беспозвоночных, составляют лишь незначительную часть населения. Степной элемент фауны, для которого характерно наличие антицид, чернотелок, формицид, прямокрылых и мезоксерофильных видов элатерид, долгоносиков и пластинчатоусых, хорошо выражен в структуре зооценозов ненарушенных почв – обыкновенных и южных черноземов.
В процессе урбанизации формируются природно-техногенные геосистемы, состоящие из фрагментов трансформированных биогеоценозов, селитебных, промышленных и лесопарковых зон и транспортных магистралей. Изменения биотических сообществ наблюдаются с самого начала освоения территории, усиливаясь в последующие годы, и связаны непосредственно с трансформацией среды обитания животных.
В городских почвах изменяются показатели суммарного обилия видов беспозвоночных в сообществе, которые связаны с нагрузкой отрицательной зависимостью. Численность и биомасса педобионтов в урбаноземах значительно ниже, чем в степных биогеоценозах, слабо затронутых антропогенным воздействием (рисунок). По сравнению с урбаноземами, биомасса беспозвоночных в реплантоземах и культуроземах значительно выше. Наибольшая численность педобионтов составила 177-212 экз./м2 в культуроземах (пл. 8, 9), на контрольной площади (чернозем южный, пл. 11) она достигала 244 экз./м2. По мере усиления антропогенного пресса в урбаноземах численность снижается до 80-47 экз./м2, биомасса – до 0,3-1,1 г/м2 соответственно (пр. пл. 1-4). Количество беспозвоночных в городских почвах в некоторых случаях превышает их содержание в природных степных почвах. Это, прежде всего, связано с генезисом и экологическими условиями биогеоценоза: в насыпных и периодически поливаемых почвах складывается более благоприятный для растений и педобионтов гидротермический режим.
Согласно полученным данным, наибольший антропогенный стресс почвенно-биотические сообщества испытывают в урбаноземах экстремальных зон. Здесь самая низкая из всех почв города биомасса и таксономическое разнообразие. Несмотря на то, что некоторые участки совершенно не заселены беспозвоночными, урбаноземы в настоящее время не относятся к категории чрезвычайно опасных – средняя масса педобионтов составляет 1,2 г/м2. Экологическая обстановка в реплантоземах селитебной зоны несколько лучше, здесь величина биомассы составляет 3,8 г/м2 (пл. 5, 6, см. рисунок). В культуроземах диапазон значений массы беспозвоночных составляет 5,7-8,6 г/м2 (пр. пл. 7-9).
Максимальная для городских почв масса отмечена в парке и сквере. Здесь в составе зооценозов присутствуют крупные сапрофаги – дождевые черви, что является показателем более стабильного режима увлажнения. В условиях скверов и городского парка наибольшее сходство структуры зооценозов наблюдается с населением серой лесной почвы соснового бора загородной зоны. Это отражено как в относительно более высоких значениях показателей численности и биомассы, так и в таксономическом разнообразии (см. рисунок, пр. пл. 1-3), что в свою очередь свидетельствует о более высокой почвенно-биотической активности и устойчивости урбоэкосистем этого класса.
Урбанизация приводит к снижению видового и популяционного разнообразия биоты за счет элиминации некоторых таксономических групп и видов, изменению количественных показателей и структуры сообществ, угнетению способности экосистем к самовосстановлению. В результате урботехногенной аридизации городских почв мезофильные элементы сообществ постепенно вытесняются более устойчивыми к дефициту влаги и воздействию антропогенных факторов эврибионтными видами. Крупные ауэдафические представители встречаются единично в привозных почвах (культуроземах), где поддерживается достаточно стабильный режим увлажнения и относительно оптимальная структура растительности.
Формирование мезофауны членистоногих приземных ярусов биоценозов в урбанизированных и естественных ландшафтах происходит главным образом за счет наиболее многочисленных представителей герпетобия: карабид, муравьев, стафилинид, пауков, губоногих многоножек. В условиях города по сравнению с естественными ценозами происходит в целом снижение плотности мезонаселения, в основном представителей герпетобионтного комплекса (126 экз./м – в городе и 170 – на контрольных площадях).
Мозаичность ландшафтно-экологических условий города создает значительное разнообразие зооценозов, различающихся как соотношением структурно-функциональных групп, так и количественными характеристиками. Несмотря на определенную общность с населением почв естественных ландшафтов, отличительной чертой зооценозов урбоэкосистем является: отсутствие антицид в городских почвах, повышенная численность мертвоедов, наличие видов не свойственных ненарушенным почвам (элатериды Agriotes obscurus L., луговой мотылек (Logxostege sticticalis L.) и др.).
Существующий уровень антропогенного воздействия на городскую мезофауну пока не является критическим, однако усиление антропогенного стресса будет способствовать дальнейшей деградации мезофауны, особенно в экстремальной и селитебной зонах (стоянки автотранспорта, заправочные станции) и в почвах газонов. Наибольшие структурные изменения могут произойти в сообществах герпетобионтов, которые в условиях городской среды подвержены более значительным воздействиям.
Среди обитателей почвы и подстилки наиболее многочисленны и широко распространены, как в урбоэкосистемах, так и в почвах не подверженных значительному антропогенному воздействию, представители семейства Carabidae, которые проявляют чувствительность к изменению определенных факторов и могут быть использованы для оценки состояния городской среды и урбоэкологического мониторинга.
Рост мозаичности городской среды и появление рудеральных видов в составе фитоценозов обусловливает некоторое увеличение таксономического разнообразия зооценозов при воздействии на них антропогенной нагрузки слабой или умеренной интенсивности, тогда как при усилении стресса видовое разнообразие данных сообществ, как правило, сокращается. Одним из негативных экологических последствий процесса урбанизации может стать перестройка и дестабилизация биоты, сопровождающиеся внедрением чужеродных для ненарушенных сообществ видов, экспансией традиционных вредителей городских насаждений (галлообразующих и минирующих насекомых), вредоносных для садовых и огородных культур видов, а также – синантропов, представляющих опасность продовольственным запасам и здоровью населению.
Список литературы: