Комплексы эпигейных паукообразных и жужелиц в загрязненных металлами лесах: есть ли признаки восстановления после снижения выбросов Среднеуральского медеплавильного завода?

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Информация об естественном восстановлении сообществ герпетобионтных беспозвоночных после сокращения промышленных выбросов фрагментарна. Мы анализировали комплексы эпигейных паукообразных (пауки и сенокосцы) и жужелиц елово-пихтовых лесов южной тайги на двух участках – фоновом и загрязненном многолетними выбросами Среднеуральского медеплавильного завода. Сравнивали два периода – относительно высоких (2005 г.) и почти прекратившихся в 2010 г. выбросов (2018 г.). Тестировали гипотезу о сглаживании различий между участками ко второму периоду по сравнению с первым. Оценивали динамическую плотность, видовое богатство и структуру таксоценов, а также обилие групп, выделенных на основе экологических свойств (размер тела, преферендумы к влажности, ярусу обитания и типу местообитания, способ охоты (для паукообразных), степень мобильности и тип питания (для жужелиц)). Гипотеза не подтвердилась: различия между участками сохранились по общему обилию, видовому богатству и видовой структуре таксоценов. Отмечены некоторые признаки восстановления комплекса паукообразных – «линифиидизация» (замещение видов семейства Lycosidae видами семейства Linyphiidae), увеличение обилия сенокосцев, появление видов, ранее характерных только для фоновых лесов. Для жужелиц такие признаки отсутствуют: сохраняются черты, присущие комплексам загрязненных территорий – повышенная доля миксофитофагов, отсутствие видов с крупными особями.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. А. Бельская

Институт экологии растений и животных УрО РАН

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

А. Н. Созонтов

Институт экологии растений и животных УрО РАН

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

М. П. Золотарев

Институт экологии растений и животных УрО РАН

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

Е. Л. Воробейчик

Институт экологии растений и животных УрО РАН

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

Список литературы

  1. Воробейчик Е.Л. Естественное восстановление наземных экосистем после прекращения промышленного загрязнения. 1. Обзор современного состояния исследований // Экология. 2022. № 1. C. 3–41. https://doi.org/10.31857/S0367059722010115
  2. Babin‐Fenske J., Anand M. Terrestrial insect communities and the restoration of an industrially perturbed landscape: Assessing success and surrogacy // Restoration Ecology. 2010. V. 18. № s1. P. 73–84. https://doi.org/10.1111/j.1526-100X.2010.00665.x
  3. Niemeyer J.C., Nogueira M.A., Carvalho G.M. et al. Functional and structural parameters to assess the ecological status of a metal contaminated area in the tropics // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2012. V. 86. P. 188–197. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2012.09.013
  4. Perner J., Voigt W., Bährmann R. et al. Responses of arthropods to plant diversity: changes after pollution cessation // Ecography. 2003. V. 26. № 6. P. 788–800. https://doi.org/10.1111/j.0906-7590.2003.03549.x
  5. Braun S.D., Jones T.H., Perner J. Shifting average body size during regeneration after pollution – a case study using ground beetle assemblages // Ecological Entomology. 2004. V. 29. № 5. P. 543–554. https://doi.org/10.1111/j.0307-6946.2004.00643.x
  6. Lövei G.L., Magura T. Body size changes in ground beetle assemblages – a reanalysis of Braun et al.(2004)’s data // Ecological Entomology. 2006. V. 31. № 5. P. 411–414. https://doi.org/10.1111/j.1365-2311.2006.00794.x
  7. Lavelle P., Decaëns T., Aubert M. et al. Soil invertebrates and ecosystem services // European Journal of Soil Biology. 2006. V. 42. P. S3–S15. https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2006.10.002
  8. Niemelä J., Haila Y., Halme E. et al. Small-scale heterogeneity in the spatial distribution of carabid beetles in the southern Finnish taiga // Journal of Biogeography. 1992. V. 19. P. 173–181. https://doi.org/10.2307/2845503
  9. Koivula M., Punttila P., Haila Y., Niemelä J. Leaf litter and the small-scale distribution of carabid beetles (Coleoptera, Carabidae) in the boreal forest // Ecography. 1999. V. 22. № 4. P. 424–435.
  10. Magura T., Tóthmérész B., Molnár T. Changes in carabid beetle assemblages along an urbanisation gradient in the city of Debrecen, Hungary // Landscape Ecol. 2004. V. 19. № 7. P. 747–759.
  11. Paoletti M.G., Bressan M., Edwards C.A. Soil invertebrates as bioindicators of human disturbance // Critical Reviews in Plant Sciences. 1996. V. 15. № 1. P. 21–62. https://doi.org/10.1080/07352689609701935
  12. Afgin S.S., Luff M.L. Ground beetles (Coleoptera: Carabidae) as bioindicators of human impact // Munis Entomol. Zool. 2010. V. 5. № 1. P. 209–215.
  13. Koivula M.J. Useful model organisms, indicators, or both? Ground beetles (Coleoptera, Carabidae) reflecting environmental conditions // Zookeys. 2011. № 100. P. 287–317. https://doi.org/10.3897/zookeys.100.1533
  14. Zmudzki S., Laskowski R. Biodiversity and structure of spider communities along a metal pollution gradient // Ecotoxicology. 2012. V. 21. P. 1523–1532. https://doi.org/10.1007/s10646-012-0906-3
  15. Yang H., Peng Y., Tian J. et al. Spiders as excellent experimental models for investigation of heavy metal impacts on the environment: A review // Environmental Earth Sciences. 2016. V. 75. № 13. Art. 1059. https://doi.org/10.1007/s12665-016-5828-6
  16. Migliorini M., Pigino G., Bianchi N. et al. The effects of heavy metal contamination on the soil arthropod community of a shooting range // Environmental Pollution. 2004. V. 129. № 2. P. 331–340. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2003.09.025
  17. Walsh P.J., Day K.R., Leather S.R., Smith A. The influence of soil type and pine species on the carabid community of a plantation forest with a history of pine beauty moth infestation // Forestry. 1993. V. 66. № 2. P. 135–146. https://doi.org/10.1093/forestry/66.2.135
  18. Antvogel H., Bonn A. Environmental parameters and microspatial distribution of insects: a case study of carabids in an alluvial forest // Ecography. 2001. V. 24. № 4. P. 470–482. https://doi.org/10.1111/j.1600-0587.2001.tb00482.x
  19. Magura T., Lövei G.L., Tóthmérész B. Time-consistent rearrangement of carabid beetle assemblages by an urbanisation gradient in Hungary // Acta Oecologica. 2008. V. 34. № 2. P. 233–243. https://doi.org/10.1016/j.actao.2008.05.010
  20. Ziesche T.M., Roth M. Influence of environmental parameters on small-scale distribution of soil-dwelling spiders in forests: What makes the difference, tree species or microhabitat? // For. Ecol. Manage. 2008. V. 255. № 3. P. 738–752. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2007.09.060
  21. Entling W., Schmidt M.H., Bacher S. et al. Niche properties of Central European spiders: shading, moisture and the evolution of the habitat niche // Global Ecol. Biogeogr. 2007. V. 16. № 4. P. 440–448. https://doi.org/10.1111/j.1466-8238.2006.00305.x
  22. Ribera I., Dolédec S., Downie I.S., Foster G.N. Effect of land disturbance and stress on species traits of ground beetle assemblages // Ecology. 2001. V. 82. № 4. P. 1112–1129. https://doi.org/10.1890/0012-9658(2001)082[1112:EOLDAS]2.0.CO;2
  23. Gobbi M., Fontaneto D. Biodiversity of ground beetles (Coleoptera: Carabidae) in different habitats of the Italian Po lowland // Agriculture, Ecosystems & Environment. 2008. V. 127. № 3-4. P. 273–276. https://doi.org/10.1016/j.agee.2008.04.011
  24. Pizzolotto R. Characterization of different habitats on the basis of the species traits and eco-field approach // Acta Oecologica. 2009. V. 35. № 1. P. 142–148. https://doi.org/10.1016/j.actao.2008.09.004
  25. Gallé R., Elek M., Gallé-Szpisjak N. The effects of habitat parameters and forest age on the ground dwelling spiders of lowland poplar forests (Hungary) // J. Insect Conserv. 2014. V. 18. P. 791–799. https://doi.org/10.1007/s10841-014-9686-9
  26. Бельская Е.А., Колесникова А.А. Видовой состав и экологические характеристики стафилинид (Coleoptera, Staphylinidae) южной тайги Среднего Урала // Энтомол. обозр. 2011. Т. 90. № 1. C. 123–137.
  27. Воробейчик Е.Л., Кайгородова С.Ю. Многолетняя динамика содержания тяжелых металлов в верхних горизонтах почв в районе воздействия медеплавильного завода в период сокращения объемов его выбросов // Почвоведение. 2017. № 8. C. 1009–1024. https://doi.org/10.7868/S0032180X17080135
  28. 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. C. 448–458. https://doi.org/10.7868/S0367059714060158
  29. Трубина М.Р. Уязвимость видов травяно-кустарничкового яруса к загрязнению выбросами медеплавильного завода: роль различий в способе распространения диаспор // Экология. 2020. № 2. C. 90–100. https://doi.org/10.31857/S0367059720020122
  30. Нестерков А.В., Гребенников М.Е. Сообщества моллюсков лугового травостоя в условиях снижения выбросов медеплавильного производства // Экология. 2020. № 6. C. 471–480. https://doi.org/10.31857/S0367059720060062
  31. Воробейчик Е.Л., Ермаков А.И., Гребенников М.Е. Начальные этапы восстановления сообществ почвенной мезофауны после сокращения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2019. № 2. C. 133–148. https://doi.org/10.1134/S0367059719020112
  32. Воробейчик Е.Л., Ермаков А.И., Нестеркова Д.В., Гребенников М.Е. Крупные древесные остатки как микростации обитания почвенной мезофауны на загрязненных территориях // Изв. Российской академии наук. Серия биологическая. 2020. № 1. C. 85–95. https://doi.org/10.31857/S0002332920010178
  33. Мухачева С.В. Многолетняя динамика сообществ мелких млекопитающих в период снижения выбросов медеплавильного завода. 1. Состав, обилие и разнообразие // Экология. 2021. № 1. C. 66–76. https://doi.org/10.31857/S0367059721010108
  34. Михайлова И.Н. Динамика границ распространения эпифитных макролишайников после снижения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2022. № 5. C. 321–333. https://doi.org/10.31857/S0367059722050080
  35. Бельская Е.А. Динамика трофической активности филлофагов березы в период снижения атмосферных выбросов медеплавильного завода // Экология. 2018. № 1. C. 74–80. https://doi.org/10.7868/S0367059718010092
  36. Бельский Е.А., Ляхов А.Г. Динамика населения птиц-дуплогнездников в условиях сокращения промышленных выбросов (на примере Среднеуральского медеплавильного завода) // Экология. 2021. № 4. C. 278–288. https://doi.org/10.31857/S0367059721040041
  37. Воробейчик Е.Л., Нестеркова Д.В. Техногенная граница распространения крота в районе воздействия медеплавильного завода: смещение в период сокращения выбросов // Экология. 2015. № 4. C. 308–312. https://doi.org/10.7868/S0367059715040162
  38. Нестерков А.В. Признаки восстановления сообществ беспозвоночных травостоя после снижения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2022. № 6. C. 468–478. https://doi.org/10.31857/S0367059722060130
  39. 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. Art. 115390. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2021.115390
  40. Vorobeichik E.L., Korkina I.N. A bizarre layer cake: Why soil animals recolonizing polluted areas shape atypical humus forms // Sci. Total Environ. 2023. V. 904. Art. 166810. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.166810
  41. Ермаков А.И. Изменение структуры населения жужелиц лесных экосистем под действием токсической нагрузки // Экология. 2004. № 6. C. 450–455.
  42. Бельская Е.А., Зиновьев Е.В. Структура комплексов жужелиц (Coleoptera, Carabidae) в природных и техногенно-нарушенных лесных экосистемах на юго-западе Свердловской области // Сибирский экол. журн. 2007. № 4. C. 533–543.
  43. Золотарев М.П. Изменение таксономической структуры населения паукообразных-герпетобионтов в градиенте загрязнения от выбросов медеплавильного комбината // Экология. 2009. № 5. C. 378–382.
  44. Бельская Е.А., Золотарев М.П. Изменение размерной структуры сообществ жужелиц при техногенной трансформации лесных экосистем // Экология. 2017. № 2. C. 107–115.
  45. Золотарев М.П., Бельская Е.А. Влияние техногенных и природных факторов на обилие беспозвоночных герпетобионтов // Евразиатский энтомологич. журн. 2012. № 1. C. 19–28.
  46. Davies G.M., Gray A. Don’t let spurious accusations of pseudoreplication limit our ability to learn from natural experiments (and other messy kinds of ecological monitoring) // Ecology and Evolution. 2015. V. 5. № 22. P. 5295–5304. https://doi.org/10.1002/ece3.1782
  47. Smorkalov I.A., Vorobeichik E.L. Does long-term industrial pollution affect the fine and coarse root mass in forests? Preliminary investigation of two copper smelter contaminated areas // Water, Air, Soil Pollut. 2022. V. 233. № 2. Art. 55. https://doi.org/10.1007/s11270-022-05512-0
  48. Belskaya E., Gilev A., Belskii E. Ant (Hymenoptera, Formicidae) diversity along a pollution gradient near the Middle Ural Copper Smelter, Russia // Environ. Sci. Pollut. Res. 2017. V. 24. № 11. P. 10768–10777. https://doi.org/10.1007/s11356-017-8736-8
  49. 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. P. 183–199.
  50. Крыжановский О.Л. Сем. Carabidae – Жужелицы // Определитель насекомых европейской части СССР. Т.2. М.; Л.: Наука, 1965. С. 29–77.
  51. de Jong Y., Verbeek M., Michelsen V. et al. Fauna Europaea – all European animal species on the web // Biodiversity data journal. 2014. № 2. Art. e4034. https://doi.org/10.3897/BDJ.2.e4034
  52. Kryzhanovskij O.L., Belousov I.A., Kabak I.I. et al. A checklist of the ground-beetles of Russia and adjacent lands (Insecta, Coleoptera, Carabidae). Sofia–Moscow: Pensoft publishers, 1995. 271 p.
  53. Ухова Н.Л., Есюнин С.Л. Пауки природного парка «Кондинские озера» // Вестник экологии и ландшафтоведения. 2009. № 9. C. 63–76.
  54. Есюнин С.Л. Аннотированный список пауков Республики Башкортостан // Материалы по флоре и фауне Республики Башкортостан. 2015. № 9. C. 3–91.
  55. Sozontov A.N., Esyunin S.L. Spiders of the Udmurt Republic: fauna, ecology, phenology and distribution. Moscow: KMK Scientific Press, 2022. 285 p.
  56. Воронин А.Г. Фауна и комплексы жужелиц (Coleoptera, Trachypachidae, Carabidae) лесной зоны Среднего Урала (эколого-зоогеографический анализ). Пермь: Изд-во Пермского ун-та, 1999. 244 с.
  57. Ribera I., McCracken D.I., Foster G.N. et al. Morphological diversity of ground beetles (Coleoptera: Carabidae) in Scottish agricultural land // Journal of Zoology. 1999. V. 247. № 1. P. 1–18. https://doi.org/10.1111/j.1469-7998.1999.tb00188.x
  58. Matalin A.V. Variations in flight ability with sex and age in ground beetles (Coleoptera, Carabidae) of south-western Moldova // Pedobiologia. 2003. V. 47. № 4. P. 311–319. https://doi.org/10.1078/0031-4056-00195
  59. Homburg K., Homburg N., Schäfer F. et al. Carabids. org – a dynamic online database of ground beetle species traits (Coleoptera, Carabidae) // Insect Conservation and Diversity. 2014. V. 7. № 3. P. 195–205. https://doi.org/10.1111/icad.12045
  60. Hendrickx F., Maelfait J.P., Desender K. et al. Pervasive effects of dispersal limitation on within‐ and among‐community species richness in agricultural landscapes // Global Ecology and Biogeography. 2009. V. 18. № 5. P. 607–616. https://doi.org/10.1111/j.1466-8238.2009.00473.x
  61. Chao A., Gotelli N.J., Hsieh T.C. et al. 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/10.1890/13-0133.1
  62. Hsieh T.C., Ma K.H., Chao A. iNEXT: an R package for rarefaction and extrapolation of species diversity (Hill numbers) // Methods in Ecology and Evolution. 2016. V. 7. № 12. P. 1451–1456. https://doi.org/10.1111/2041-210X.12613
  63. 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
  64. Anderson M.J. A new method for non-parametric multivariate analysis of variance // Austral Ecology. 2001. V. 26. № 1. P. 32–46. https://doi.org/10.1046/j.1442-9993.2001.01070.x
  65. 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
  66. Koponen S., Koneva G.G. Spiders along a pollution gradient (Araneae) // Acta Zoologica Bulgarica. 2005. Suppl. № 1. P. 131–136.
  67. Koponen S. Ground-living spiders (Araneae) at polluted sites in the Subarctic // Arachnologische Mitteilungen. 2011. V. 40. P. 80–84. https://doi.org/10.5431/aramit4009
  68. Skalski T., Stone D., Kramarz P., Laskowski R. Ground beetle community responses to heavy metal contamination // Baltic Journal of Coleopterology. 2010. V. 10. № 1. P. 1–12.
  69. Gongalsky K.B., Butovsky R.O. The impact of a metallurgical plant on ground beetle (Coleoptera, Carabidae) communities // Pollution-Induced Changes in Soil Invertebrate Food-Webs. Amsterdam, 1999. P. 71–76.
  70. Золотарев М.П., Нестерков А.В. Паукообразные (Aranei, Opiliones) лугов: реакция на загрязнение выбросами Среднеуральского медеплавильного завода // Экология. 2015. № 1. C. 48–56. https://doi.org/10.7868/S036705971406016X
  71. Koponen S., Niemela P. Ground-living arthropods along pollution gradient in boreal pine forest // Entomol. Fenn. 1995. V. 6. № 2–3. P. 127–131. https://doi.org/10.33338/ef.83849
  72. Jung M.P., Kim S.T., Kim H., Lee J.H. Species diversity and community structure of ground-dwelling spiders in unpolluted and moderately heavy metal-polluted habitats // Water, Air, and Soil Pollution. 2008. V. 195. P. 15–22. https://doi.org/10.1007/s11270-008-9723-y
  73. Hillyard P.D., Sankey J.H.P. Harvestman: Synopses of the British Fauna. London: Linnean Society of London, 1989. 120 p.
  74. Грюнталь С.Ю., Сергеева Т.К. Зависимость питания подстилочных видов жужелиц (Coleoptera, Carabidae) от состава и структуры почвенного населения в лесах Подмосковья // Энтомологическое обозрение. 1994. Т. 73. № 1. C. 44–56.
  75. Воробейчик Е.Л., Бергман И.Е. Bait-lamina test в оценке загрязненных почв: выбор длительности экспонирования // Экология. 2020. № 5. C. 354–364. https://doi.org/10.31857/S0367059720050133

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Величина эффекта и ее 95%-ный доверительный интервал для сравниваемых периодов (2005 г. и 2018 г.). Обозначения экологических групп паукообразных (Arachnida) и жужелиц (Carabidae) указаны в табл. 1. Параметры разнообразия и обилия: AD – динамическая плотность, Sp – наблюдаемое число видов, Sp’ – интерполированное к 100 особям число видов.

Скачать (229KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Ординация (на основе расстояния Брея-Кертиса) комплексов паукообразных (Arachnida) и жужелиц (Carabidae) сравниваемых участков и периодов по абсолютному (динамическая плотность) и относительному (доли видов) обилию. Показаны 95%-ные эллипсы, в скобках – доля объясняемой дисперсии,%.

Скачать (326KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Экологические профили (доли групп,%) комплексов паукообразных (Arachnida) и жужелиц (Carabidae) сравниваемых участков и периодов. Обозначения свойств и экологических групп указаны в табл. 1.

Скачать (785KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025