Changes in Spider Communities Under the Influence of Anthropogenic Environmental Pollution

Full Text

Введение. В условиях высоких темпов развития человечества влияние источников антропогенного воздействия на живые организмы играет все большую роль в сокращении биоразнообразия. Подобные изменения в структуре биоценоза могут привести к масштабным последствиям. Подобные последствия будут нести неопределенный характер и отрицательно влиять на устойчивость экосистемы в целом. На сегодняшний день не теряет остротыпроблема изученности видового разнообразия пауков, как и проблема влияния антропогенного загрязнения окружающей природной средына их сообщества. Несмотря на удовлетворительный уровень изучения видового состава Юга Европейской Части России [1; 6-8; 12; 13; 15], вопрос о влиянии антропогенного воздействия на сообщества пауков, в том числе и для Волгоградской области имеет очень важное значение.

Цель исследований заключалась в изучении закономерностей между различными источниками загрязнения и изменениями в видовом составе пауков. В задачи исследований входил выбор объектов с различным характером негативного влияния на окружающую среду, находящихся в равных микроклиматических условиях, а также исследование изменений в сообществах пауков по мере удаления от объекта загрязнения. В данной работе охарактеризовано влияние антропогенного загрязнения на сообщества пауков в аридных условиях Волгоградской области. Для этого былоисследовано биологическое разнообразие пауков возле типичных для города объектов негативного воздействия на окружающую среду: несанкционированная свалка, автомагистраль и энергетическое предприятие.

Материалы и методы. При сборе пауков использовались открытые почвенные энтомологические ловушки Барбера диаметром 10 см, с фиксирующим раствором (6% раствор уксусной кислоты). Ловушки закладывались линейной трансектой по 10 штук на расстоянии 5 м друг от друга. Серии ловушек устанавливались непосредственно возле источника загрязнения, а также на расстоянии 0,5Hи >H от него. За величину H принималось расстояние, на котором влияние источника загрязнения снижается до приемлемых для ведения хозяйства величин (например, в случае с автомобильными дорогами это границы полосы отчуждения). Ловушки проверялись с интервалом в 7 дней. Собранный материал фиксировался в 70% спиртовом растворе.

В 2020 году исследования проводились с 12.07 по 23.08 и заняли в общей сложности 182 ловушко-суток. За указанный период отловлено 186 особей из 28 видов, 19 родов и 12 семейств. Динамическая плотность пауков составила 102 особи/100 ловушко-суток. Видовая идентификация проводилась сотрудником ИАЗ ЮНЦ РАН А.В. Пономарёвым, а также авторами при помощи отечественных и зарубежных определителей и интернет-источников [2; 6; 10; 16] (https://araneae.nmbe.ch/key, https://wsc.nmbe.ch, https://clck.ru/32nv7M).

Собранный материал хранится в ст. Раздорская Ростовской области.

Поскольку сухая степь является наиболее характерным зональным ландшафтом в регионе исследования на широте г. Волгограда, дляисследованийаранеофауныбыли выбраны три ключевых участка, находящихся в сухостепном биотопе, с расположенными на них разными источниками загрязнения окружающей среды:

– несанкционированная свалка ТБО (N48°38’41,80’’ E44°23’06,76’’),

– 2-я Продольная автомагистраль (N48°38’19,73’’ E44°25’47,55’’),

– энергетическое предприятие «Волгоградская ТЭЦ-3» (48°27’18,88’’ E44°40’16,82’’).

Несанкционированная свалка твердых бытовых отходов, расположенная на участке Государственной лесной полосы Камышин-Сталинград возле урочища Лысая Гора, представляет собой техногенный массив размещения отходов навалом, насыпью. В массиве свалочных масс, как известно, протекают процессы биохимического и химического разложения отходов, формирующие эмиссии загрязняющих веществ (в виде биогаза и фильтрата), оказывающих негативное воздействие на состояние окружающей среды [4]. Источником загрязнения атмосферного воздуха от свалки является биогаз, выделяющийся из тела полигона и образующийся в толще твёрдых бытовых отходов, размещенных на свалке. Под воздействием микрофлоры происходит биотермический анаэробный процесс распада органической составляющей отходов. Конечным продуктом этого процесса является биогаз, основную объёмную массу которого составляют метан и диоксид углерода. Возникает угроза пожароопасности, а также происходит загрязнение окружающей среды [5]. Размеры полосы отчуждения вдоль несанкционированных свалок законодательно не указаны, поэтому за величину было принято H расстояние, равное 30 м от границы свалки.

Основным источником загрязнения окружающей среды при эксплуатации автомобильных дорог является транспорт. В результате работы двигателя внутреннего сгорания в окружающую природную среду выбрасываются такиезагрязнители, как N₂, O₂, H₂O, CO₂, CO, окислы азота, углеводороды, альдегиды, сажа, бенз(а)пирен-3,4. Воздушным и водным путем на прилегающую территорию переносятся вредные и токсичные вещества.Помимо этого, прилегающие территории также подвергается акустическому и вибрационному загрязнению. Согласно Федеральному закону от 08.11.2007 N 257-ФЗ (https://clck.ru/32nuzb), полоса отчуждения для автомобильных дорог 1-й и 2-й категорий составляет 75 м.

В значительной степени отрицательное воздействие от ТЭЦ-3 связано с огромным потреблением кислорода и выделением углекислого газа (табл. 1), что приводит к повышению температуры из-за большого количества парниковых газов, и в результате – к возникновению кислотных дождей. Работа ТЭЦ сопровождается выбросом твердых частиц, оседающих непосредственно вблизи источника выбросов. Согласно СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03, размеры СЗЗ возле ТЭЦ-3 должны составлять не менее 500 м (https://clck.ru/32nuvF).

 

Таблица 1. Количество и состав выбросов в атмосферный воздух ТЭЦ-3 (по данным Реестра ОНВОС, https://clck.ru/32nuhv3)

Наименование вещества	Масса, т/год
Азота диоксид (Азот (IV) оксид)	4560,95
Азот (II) оксид (Азота оксид)	741,15
Углерод (Сажа)	124,66
Сера диоксид	5174,4
Углерод оксид	1224,43
Алканы C12-C19 (Углеводороды предельные C12-C19, растворитель РПК-265П и др.)	31,19
Мазутная зола теплоэлектростанций /в пересчете на ванадий/	13,36

 

Для подсчёта степени сходства биотопов использовался индекс Чекановского-Сьёренсена:

$I_{Cs}=\frac{2a}{(a+b)+(a+c)}$

где а – число общих видов дляобоих биотопов; b– число видов, имеющихся только в первом биотопе; с – число видов, имеющихся только во втором биотопе

Для сравнения проб с учётом данных о численности особей – индекс количественного сходства Брея-Кёртиса:

$B=1-\frac{2C_{ij}}{S_i+S_j}$

где Cij – это сумма меньших значений только для тех видов, которые являются общими для обеих выборок, Si и Sj – общее количество экземпляров, подсчитанных на обеих выборках.

При расчётах обоих индексов не учитывались неполовозрелые особи за исключением тех, чью видовую принадлежность можно идентифицировать не только по взрослым экземплярам.

Результаты исследований. Расположение почвенных ловушек на полигоне «Свалка» представлена на рисунке 1. Древесная растительность участка Государственной лесной полосы Камышин-Сталинград представлена вязом (Ulmus sp.), дикой грушей (Pyrus communis L.), робинией (Robinia pseudoacacia L.).

В 350 м к северу от ключевого участка расположены посадки сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и смородины золотистой (Ribes aureum Pursh). В травянистом покрове присутствуют цмин песчаный (Helichrysum arenarium (L.) Moench), шалфей (Salvia sp.), типчак (Festuca sp.), ковыли (Stipa spp.).

 

Рис. 1. Расположение почвенных ловушек на полигоне «Свалка»

 

Всего здесь обнаружено 55 особей из 15 видов, 15 родов и 10 семейств. Как можно видеть из таблицы 2, на данном ключевом полигоне наблюдается резкая смена сообществ пауков по мере отдаления от источника негативного антропогенного воздействия.

 

Таблица 2. Количественное соотношение видового разнообразия на территории несанкционированной свалки

Семейство	Вид	Возле объекта	0,5H
Agelenidae	Tegenaria lapicidinarum		1m, 2 juv.
Gnaphosidae	Berlandina cinerea	1 juv.
	Gnaphosa sp.	2 juv.	2 juv.
	Nomisia aussereri	2m	3m
	Zelotes longipes	1m	1m
Lycosodae	Lycosa praegrandis		3m
Oxyopidae	Oxyopes globifer		1m, 1f
Philodromidae	Thanatussp.	1 juv.
Pholcidae	Pholcusponticus		1f
Salticidae	Aelurillus sp.		1 juv.
	Attulus sp.		6 juv.
	Pellenes sp.		2 juv.
Thomisidae	Xysticus sp.		1 juv.
Titanoecidae	Nurscia albosignata		1f
Zodariidae	Zodarion thoni		2f

Примечание: здесь и далее в таблицах: m – самец; f – самка; juv. – ювенильные

 

Сравнение трансект, расположенных возле объекта и на расстоянии 0,5H на ключевом полигоне «Свалка» показало, что индекс Чекановского-Съеренсена составил 0,33, а Брея-Кертиса – 0,73. Указанные значения индексов свидетельствуют о наибольшей степени сходства видового состава как с учётом численности особей, так и без такового. Однако, как можно видеть из таблицы 2, численность пауков возле свалки значительно ниже. Следовательно, влияние свалок на видовой состав пауков наименьшее среди обследованных объектов, но пауки держатся от них на значительном расстоянии.

На ключевом полигоне «2-я Продольная» преобладает степная травянистая растительность. Непосредственно возле автомагистрали доминировали полыни (Artemisia spp.), горец птичий (Polygonum aviculare L.). По мере удаления от дороги растительность сменялась пыреем ползучим (Elytrigia repens (L.) Nevski), житняком гребенчатым (Agropyron cristatum (L.) Gaertn.), овсяницами (Festuca spp.) и пр. Древесная растительность присутствовала в виде отдельных деревьев вяза (Ulmus sp.), лоха (Elaeagnus sp.). Расположение почвенных ловушек на полигоне «2-я Продольная автомагистраль» представлена на рисунке 2.

 

Рис. 2. Расположение почвенных ловушек на полигоне «2-я Продольная»

 

На данном ключевом полигоне отловлено 82 особи из 19 видов, 16 родов и 9 семейств. Как можно видеть из таблицы 2, возле проезжей части динамическая плотность популяции низкая и по мере удаления от неё значительно увеличивается. Это предположительно связано с вибрационным воздействием автотранспорта, т.к. пауки весьма чувствительны к колебаниям почвы и атмосферного воздуха. Однако влияние загрязнителей в атмосферном воздухе также сильно влияют на пауков, о чём свидетельствуют данные, демонстрирующие существенную разницу в сообществах пауков между трансектами 0,5 Hи >H.

 

Таблица 3. Количественное соотношение видового разнообразия на территории, прилегающей к 2 Продольной автомагистрали

Семейство	Вид	Возле объекта	0,5H	>H
Agelenidae	Agelena sp.			1 juv.
Gnaphosidae	Berlandina cinerea			1f, 1 juv.
	Civizelotes caucasius			2f
	Drassodes caspius	1f		1f
	Gnaphosa lucifuga			1f
	Gnaphosa steppica			2f
	Gnaphosa taurica		1f
	Gnaphosa sp.		1 juv.	3juv.
	Micaria rossica	1m, 1f
	Nomisia aussereri	1 juv.		3m
Lycosodae	Lycosa praegrandis		2m
	Lycosidae gen. sp.			2 juv.
Mimetidae	Ero koreana			1m
Oxyopidae	Oxyopes lineatus			1 f
Philodromidae	Thanatus vulgaris			1 m
	Thanatus sp.			3 juv.
Salticidae	Aelurillus m-nigrum		2m
	Aelurillus v-insignitus		3f	3f
	Aelurillus sp.	4 juv.	2juv.	14 juv.
	Attulus sp.		5juv.
	Phlegrabicognatha			1 m
	Salticidae gen. sp.		7juv.	5 juv.
Theridiidae	Steatoda albomaculata		2m
Zodariidae	Zodarion sp.		2 juv.

 

При сравнительном анализе степени сходства пауков на этом ключевом полигоне установлено, как видно из таблицы 4, что наибольшим видовым сходством здесь обладают точки непосредственно возле проезжей части и за пределами её влияния, тогда как общее сходство, с учётом отловленных особей, между ними существенно ниже. При этом сообщество пауков полностью сменяется через 50 м от проезжей части (расстояние 0,5H), что в совокупности с низкой численностью пауков возле 2-й Продольной позволяет сделать вывод о наиболее сильном влиянии вибрационного загрязнения окружающей среды от проезжающего автотранспорта на сообщество пауков, поскольку воздушное загрязнение распространяется на гораздо большее расстояние.

 

Таблица 4. Сравнение степени сходства видового состава пауков на ключевом полигоне «2-я Продольная» по индексам биоразнообразия

	Возле объекта-0,5H	0,5H->H	Возле объекта->H
Ics	0	0,1	0,27
B	1	0,83	0,82

 

Расположение почвенных ловушек на полигоне «ТЭЦ-3» представлено на рисунке 3. Древесная растительность полигона ТЭЦ-3 представлена тополем чёрным (Populus nigra L.) и вязом (Ulmus sp.), травянистая – полынями (Artemisia spp.), прутняком (Bassia prostrata (L.) Beck), житняком (Agropyron cristatum (L.) Gaertn.), пыреем (Elytrigia repens (L.) Nevski).

 

Рис. 3. Расположение почвенных ловушек на полигоне «ТЭЦ-3»

 

Данные о количественном соотношении видового разнообразия на территории вблизи ТЭЦ-3 представлены в таблице 5. Таксономическое разнообразие пауков здесь составило 49 особей из 12 видов, 10 родов и 4 семейств. Среди рассмотренных полигонов видовое разнообразие аранеофауны здесь является наименьшим, что предположительно связано с микроклиматическими условиями (ТЭЦ-3 находится на 25 км южнее остальных объектов). Установлено, что динамическая плотность популяции пауков по мере удаления от объекта меняется слабо; в данном случае этот показатель можно считать неизменным.

 

Таблица 5. Количественное соотношение видового разнообразия на территории вблизи ТЭЦ-3

Семейство	Вид	0H	0,5H	>H
Gnaphosidae	Civizelotes caucasius	1f		1f
	Drassodes sp.		1 juv.	1 juv.
	Gnaphosa leporina	3f
	Gnaphosa steppica			1f
	Nomisia aussereri			3m
	Zelotes sp.		1 juv.
Lycosodae	Alopecosa sp.	2 juv.	3juv.
	Lycosa praegrandis			1m
Oxyopidae	Oxyopes globifer			1m, 1f
Salticidae	Aelurillus m-nigrum			1m
	Aelurillus v-insignitus	1f
	Aelurillus sp.	8 juv.	4juv.	8 juv.
	Phlegra bicognatha			2m
	Salticidae gen. sp.		5juv.

 

Данные о степени сходства видового состава пауков на ключевом полигоне «ТЭЦ-3» по индексам биоразнообразия представлены в таблице 6.

 

Таблица 6. Сравнение степени сходства видового состава пауков на ключевом полигоне «ТЭЦ-3» по индексам биоразнообразия

	Возле объекта-0,5H	0,5H->H	Возле объекта->H
Ics	0,25	0,28	0,17
B	0,86	0,94	0,94

 

Установлено, что видовое разнообразие местности возле ТЭЦ-3 претерпело наименьшие изменения под воздействием источника загрязнения по сравнению с остальными ключевыми полигонами. Однако, с учётом количества отловленных особей каждого вида эти изменениязначительны. На участке от объекта до 0,5H биологическое разнообразие пауков отличается на 0,86. При сравнении с другими точками индекс Брея-Кёртиса почти равен 1, что означает почти полное различие в сообществах пауков между ними. Предположительно это указывает на неоднородность микроклиматических условий на ключевом полигоне исследования.

Заключение. В результате проведенных исследований установлено, что возле ТЭЦ и автомагистралив результате антропогенного воздействия на атмосферный воздух наблюдается значительное влияние на изменение видового состава и численность пауков.Мелкие несанкционированные свалки сильно влияют наразнообразие пауков, но ихвлияние редко распространяется дальше 20 м от свалки.Возле автомобильных дорогпоказатель динамической плотности популяции достаточно низкий и по мере удаления от автомагистрали значительно увеличивается, что предположительно связано с вибрационным воздействием автотранспорта. Однако, негативное влияние выбросов автотранспортав атмосферный воздухна сообщества пауков снижается до приемлемых величинтолько за пределами полосы отчуждения.

About the authors

Alexander S. Khnyckin

Federal Scientific Centre of Agroecology, Complex Melioration and Protective Afforestation of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: ther-aan@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8577-1960
SPIN-code: 9019-1493
Russian Federation, Volgograd

Elena A. Ivantsova

Institute of Natural Sciences Volgograd State University

Email: ivantsova.volgu@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4265-9703
SPIN-code: 5091-8252

Dr. habil.

Russian Federation, Volgograd

Tatyana N. Lebedeva

Federal Scientific Centre of Agroecology, Complex Melioration and Protective Afforestation of the Russian Academy of Sciences

Email: lebedeva-t@vfanc.ru
SPIN-code: 2577-1207
Russian Federation, Volgograd

References

Supplementary files