Промышленное загрязнение способно существенно изменять структуру ифункции наземных экосистем, при этом наиболее жесткое влияние на биоту оказывают предприятия цветной металлургии [1, 8].
Для оценки степени нарушений окружающей среды вкачестве индикаторов часто используют мелких млекопитающих (ММ)– мышевидных грызунов имелких насекомоядных– наиболее информативную среди млекопитающих группу, чутко иоперативно реагирующую на разнообразные изменения вназемных экосистемах. Изучение реакции животного населения вконкретных условиях позволяет оценить его устойчивость кзагрязнению определенного типа иэффективность механизмов саморегуляции. Сравнительный анализ данных, полученных вразных условиях, помогает выявить закономерности изменения наземных экосистем под действием промышленного загрязнения.
На протяжении длительного периода нами детально изучается реакция населения ММ взоне действия медеплавильных предприятий на Среднем иЮжном Урале [3-6]. Показано, что сообщества ММ реагируют сходным образом, наблюдаемые изменения укладываются врамки гипотезы «промежуточных нарушений», авыявленные отличия связаны спродолжительностью воздействия предприятий иландшафтно-климатическими особенностями территорий.
Цель работы– изучить изменения населения ММ взоне действия крупного предприятия цветной металлургии, расположенного вокрестностях г. Харьявалта (Финляндия).
Материалы иметоды исследования
Характеристика источника выбросов. Исследования проводили взоне действия крупного предприятия цветной металлургии (с 2007г. ЗАО «Норильский никель»), расположенного взападной Финляндии в170км ксеверо-западу от Хельсинки. Исходно (с1944 г.) предприятие функционировало как медеплавильный завод, позже (с 1960г.) было налажено производство никеля, серной кислоты, удобрений. Модернизация производства привела ксущественному снижению объемов выбросов, с2003г. предприятие исключено из списка «горячих точек» Балтийского региона [10]. Ежегодный объем выбросов сернистого ангидрида снизился в10раз (с30–35тыс.т. в1945–47гг. до 2.9–3.4тыс.т. после 2000г.), апыли, ссорбированными вней тяжелыми металлами– в20 иболее раз (с 1.1–1.8 тыс. тв 1980-хгг. до 0,05 тыс. тв 2000-2005гг.). Взоне действия комбината ММ исследовались эпизодически, данные осоставе ичисленности населения отсутствуют.
Характеристика участков исследования. Исследованная территория находится взоне северной тайги, основной тип растительности– сосновые леса. Выделено 10 участков, расположенных на разном расстоянии ив разных направлениях от источника эмиссии. Взависимости от уровня загрязнения промышленными выбросами участки были отнесены кфоновой (условно чистой, 10-11км), буферной (умеренно загрязненной, 3–6км) или импактной (сильно загрязненной, 1-2км) зоне. Так, концентрация меди влесной подстилке превышала фоновые значения на буферных участках в2–9 раз, вимпактной зоне– в20–45раз. Особенность ведения лесного хозяйства вФинляндии– максимальное использование древесины, вследствие чего на всех изученных участках отсутствовали традиционные для ММ укрытия (упавшие стволы, валежник), что оказало существенное влияние на численность ивидовой состав животных даже при наличии достаточного количества кормовых ресурсов.
Отлов мелких млекопитающих. Проводили одновременно на 10 участках всентябре 2010г. по окончании сезона массового размножения. На каждом участке случайным образом устанавливали по 3 линии ловушек-плашек (25шт. через 5–7м), которые экспонировали втечение 3 суток соднократной проверкой. Удобытых животных определяли вид, пол, репродуктивно-возрастное состояние. Отработано 2250 ловушко-суток, добыто 75 особей. Для характеристики населения использовали данные овидовом составе, долевом участии видов иих относительном обилии (количестве особей на 100 ловушко-суток). Для анализа данных применяли стандартные статистические методы. Структуру населения анализировали спомощью таблиц сопряженности инелинейной регрессии, для оценки различий использовали критерий χ2 .
Результаты исследования иих обсуждение
В районе исследований отмечено 5 видов ММ (3 вида грызунов, 2– бурозубок). Вфоновой иимпактной зонах население представлено 3 видами, вбуферной– 5 (таблица). Анализ таблиц сопряженности не выявил значимых различий вструктуре населения сравниваемых территорий. Во всех зонах вкачестве доминанта выступает рыжая полевка, относительно многочисленными внаселении являются мелкие насекомоядные. Во всех зонах встречается желтогорлая мышь, доля которой внаселении уменьшается при удалении от источника эмиссии. Кроме того, взоне умеренного загрязнения отмечали обыкновенную полевку.
Для показателей разнообразия сравниваемых сообществ также отмечали нелинейные изменения (с максимумом вбуферной зоне), но значимыми отличия были лишь между буферной ифоновой зонами.
Структура населения мелких млекопитающих врайоне исследования
|
Исследованные показатели |
Зона загрязнения |
||
|
фоновая |
буферная |
импактная |
|
|
Удаление от завода, км |
10–11 |
3–6 |
1–2 |
|
Обследовано участков |
2 |
4 |
4 |
|
Отработано ловушко-суток |
450 |
900 |
900 |
|
Зарегистрировано видов |
3 (1–2) |
5 (0–4) |
3 (0–1) |
|
Отловлено животных, экземпляров |
21 (1–7) |
45 (0–10) |
9 (0–5) |
|
в том числе: |
|||
|
Обыкновенная бурозубка (Sorex araneus) |
4 [19] |
16 [36] |
3 [30] |
|
Средняя бурозубка (Sorex caecutiens) |
– |
1 [2] |
– |
|
Желтогорлая мышь (Apodemus flavicolis) |
1 [5] |
3 [7] |
1 [10] |
|
Обыкновенная полевка (Microtus arvalis) |
– |
6 [13] |
– |
|
Рыжая полевка (Clethrionomys glareolus) |
16 [76] |
19 [42] |
5 [60] |
|
Суммарное обилие, экз./100 ловушко-суток |
4.7 (1.3–9.3) |
5.0 (0–13.3) |
1.0 (0–6.7) |
|
Индекс Шеннона, Н |
0.68 |
1.25 |
0.90 |
|
Индекс Симпсона, S |
0.39 |
0.67 |
0.54 |
Приведено общее количество видов/экземпляров, зарегистрированных взоне, вкруглых скобках– диапазон изменений (минимальное/максимальное значения), вквадратных скобках– долевое участие вида (в %) внаселении; учетная единица– 1 линия из 25 ловушек.
Сходным образом вградиенте загрязнения изменялась ичисленность животных. Крайне низкое суммарное обилие характерно для населения импактных территорий, максимальные значения регистрировали вбуферной зоне, промежуточные– на фоновых участках (таблица). Парные контрасты значимы между зонами: импактная/буферная– χ2(1)=23.31, импактная/фоновая»– χ2(1)=17.557.
Зависимость индекса обилия ММ от расстояния до завода хорошо аппроксимируется (R2=0.862) нелинейной функцией y=0,09/[1+(х/3,21)-2.38]. Переход между импактным ифоновым состоянием достаточно резкий, ступень на кривой соответствует удалению 5–7км.
На всех исследованных территориях животные размещены крайне неравномерно. Так, вимпактной зоне зверьки отмечались лишь на 1/3 обследованной территории, вбуферной– на 80 % площади, вфоновой– на всей территории, но локальная численность животных на отдельных линиях отличалась в7 раз. Подобная неоднородность характерна идля видового состава животных, отловленных на разных линиях впределах конкретного участка (рис. 1).
Согласно сложившимся представлениям на территориях, расположенных взоне интенсивного воздействия промышленных предприятий, втом числе металлургических, постоянное население ММ отсутствует [7–9].
Рис. 1. Видовой состав иотносительное обилие ММ на исследованных участках
Наши исследования показали, что подобное состояние характерно лишь для зоны «техногенной пустоши», совершенно непригодной для обитания зверьков. Вимпактной зоне, как правило, имеются немногочисленные (до 5 % общей площади) микроучастки, где складываются условия, пригодные для обитания отдельных видов животных втечение полного жизненного цикла [4–6]. Так, все рыжие полевки, отловленные вблизи завода (1 км), были локализованы на площади около 0.1 га. Именно здесь отмечались поваленные деревья, небольшие кучи валежника икуртины травянистой растительности. При этом локальная численность зверьков (6.7 экз./100 лов.-сут.) была сопоставима сфоновыми ибуферными значениям (рис. 1). Втоже время отсутствие укрытий при обилии корма, вероятно, было одной из причин относительно низкой численности ММ на фоновых участках.
Рис. 2.Изменение численности населения ММ взависимости от расстояния до источников эмиссии: 1– «Норильский никель» (Харьявалта), 2– Карабашский медеплавильный завод (Южный Урал)
Особого внимания заслуживает ярко выраженная нелинейность реакции населения ММ вградиенте техногенного загрязнения среды (рис.2). Форма кривой соответствует классической пороговой зависимости доза-эффект. Ранее подобная реакция на загрязнение среды была показана как для сообществ ММ [5], так идля других компонентов лесных экосистем [1, 2].
Таким образом, воздействие факторов техногенной природы приводит кизменению численности иструктуры населения ММ. Показатели видового разнообразия ичисленности изменяются вградиенте загрязнения нелинейно, достигая максимальных значений вбуферной зоне. Качество местообитаний становится удовлетворительным для большинства видов ММ на расстоянии 5–7 км от факела выбросов. Согласно гипотезе «промежуточных нарушений» данный источник эмиссии оказывает на население ММ незначительное воздействие.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проекты 08-04-91766, 12-05-00811), Программы развития научных школ (НШ-5325.2012.4), Президиума РАН (программа 12-П-4-1026) иУрО РАН (программа 12-М-23457-2041). Автор выражает признательность М.В. Козлову иМ.П. Золотареву за помощь ворганизации ипроведении полевых исследований.