Ground beetles (Coleoptera: Carabidae) as bioindicators of anthropogenic load in the urban ecosystem of Cherepovets

Full Text

Введение

Современные города представляют собой сложные урбоэкосистемы, находящиеся под постоянным и интенсивным техногенным воздействием [1]. Одной из ключевых задач экологического мониторинга является оценка состояния окружающей среды и ее изменений под влиянием антропогенных факторов. В последнее время все большее внимание уделяется использованию биологических методов диагностики, в частности, биоиндикации – оценке состояния среды по отклику живых организмов и их сообществ [2; 3]. Среди объектов биоиндикации особое место занимают жужелицы (Coleoptera: Carabidae) – многочисленное и широко распространенное семейство жуков, чувствительное к изменениям местообитаний, загрязнению почв и другим формам антропогенного пресса [4; 5]. Изучение фауны и населения жужелиц в параметрах промышленных городов, таких как Череповец с его мощным металлургическим и химическим комплексами, является актуальной задачей, решение которой позволит получить объективные данные о степени нарушенности городских экосистем и выделить виды-индикаторы для последующего мониторинга.

Проблеме использования жужелиц в качестве биоиндикаторов посвящены работы многих отечественных и зарубежных исследователей. Так, Т.А. Автаева [6] изучала жужелиц как индикаторов загрязнения почв в г. Грозном. Комплексные исследования фаун жужелиц крупных промышленных городов России (Казань, Кемерово, Грозный) были проведены коллективом авторов под руководством Т.А. Автаевой [7]. В этих работах показано, что в процессе урбанизации происходит снижение видового богатства, упрощение структуры сообществ и доминирование эвритопных видов. Исследованиям жужелиц лесных экосистем Вологодской области посвящены работы Ю.Н. Беловой [8; 9]. Однако специальные исследования фауны и населения жужелиц г. Череповца до настоящего времени не проводились, что определяет научную новизну данной работы.

Целью нашего исследования явилось изучение видового состава, обилия и структуры доминирования жужелиц (Carabidae) в промышленном городе Череповце для оценки их биоиндикационного потенциала.

Объектом исследования являются жуки семейства жужелицы (Carabidae).

Материалы и методика исследования

Исследования проводились в летние периоды 2023 и 2024 гг. на двух ключевых участках с разным уровнем антропогенной нагрузки: 1) селитебная зона (Макаринская роща); 2) промышленная зона, включающая промплощадку ПАО «Северсталь» и ее санитарно-защитную зону (бассейн р. Кошта). Сбор энтомологического материала осуществлялся стандартным методом почвенных ловушек Барбера [10] и жёлтые тарелки Мерике [11]. Всего было отработано 469 ловушко-суток (л.-с.): 252 л.-с. в селитебной зоне, 70 л.-с. на промплощадке и 147 л.-с. в санитарно-защитной зоне (СЗЗ). Ловушки представляли собой стеклянные банки объемом 0,5 л, вкопанные вровень с поверхностью почвы и заполненные фиксирующим раствором детергента. Учет обилия проводился в пересчете на 10 ловушко-суток (экз./10 л.-с.) [12]. Видовая принадлежность собранных жужелиц определялась с использованием принятых в научном сообществе определителей [13; 14]. Для анализа структуры сообществ использовались индекс доминирования по Ренконену [15] и индекс видового разнообразия Шеннона–Уивера (H′) [16; 17]. Дополнительно проводился учет прочих беспозвоночных животных для оценки кормовой базы жужелиц.

Результаты и их обсуждение

В ходе исследований на территории г. Череповца было обнаружено 15 видов жужелиц из 7 родов (табл. 1). Наибольшее видовое разнообразие отмечено для родов Pterostichus и Carabus (по 4 вида, 26,67% каждый).

Таблица 1 – Таксономическая структура жужелиц г. Череповца

Распределение видов по зонам оказалось неравномерным (табл. 2). В селитебной зоне (Макаринской роще) было обнаружено 12 видов, тогда как в промышленной зоне – только 6 видов. Только три вида встречались на всех участках: Pterostichus niger, Carabus nemoralis O.F. Müller, 1764 и Carabus cancellatus Illiger, 1798.

Таблица 2 – Видовой состав жужелиц в промышленной и селитебной зонах г. Череповца

Обилие жужелиц также значимо различалось между зонами (табл. 3). В селитебной зоне этот показатель составил 2,38 экз./10 л.-с., что в два раза выше, чем в промышленной зоне в целом (1,19 экз./10 л.-с.). В пределах промышленной зоны наименьшее обилие отмечено в СЗЗ (0,95 экз./10 л.-с.).

Таблица 3 – Обилие жужелиц в различных зонах г. Череповца

Анализ доминирования показал, что в селитебной зоне сообщество возглавляли Pterostichus niger (44,1%) и Pterostichus nigrita (37,3%), а в промышленной зоне абсолютно доминировал Pterostichus niger (70,0%) при участии Carabus nemoralis (14,8%) [18]. Оценка биоразнообразия по индексу Шеннона–Уивера выявила его снижение по градиенту антропогенной нагрузки: от умеренного разнообразия в селитебной зоне (H′ = 1,568) к низкому в СЗЗ (H′ = 0,811) (табл. 4).

Таблица 4 – Оценка разнообразия жужелиц по индексу Шеннона–Уивера

Анализ кормовой базы показал, что в селитебной зоне высокая плотность жужелиц (2,38 экз./10 л.-с.) практически сравнялась с доступной кормовой базой (2,3 экз./10 л.-с. предпочитаемых объектов), что указывает на напряженность трофических отношений и предельную нагрузку на экосистему [19].

Проведенный сравнительный анализ с другими промышленными городами России (табл. 5) показал, что фауна жужелиц Череповца (15 видов) значительно беднее, чем в Грозном (92 вида), Казани (93 вида) и особенно в Кемерово (147 видов) [7]. Это свидетельствует о более высокой техногенной нагрузке и глубокой трансформации естественных местообитаний в Череповце.

Таблица 5 – Сравнительный анализ фаун жужелиц промышленных городов России

Выводы исследования

1. Впервые изучена фауна жужелиц г. Череповца, насчитывающая 15 видов из 7 родов. Наибольшее видовое богатство характерно для селитебной зоны (12 видов), наименьшее – для промышленной зоны (6 видов).
2. Установлено, что обилие жужелиц в селитебной зоне (2,38 экз./10 л.-с.) в два раза превышает таковое в промышленной зоне (1,19 экз./10 л.-с.), что свидетельствует об угнетающем влиянии техногенного загрязнения.
3. Выявлены доминирующие виды: в селитебной зоне – Pterostichus niger и Pterostichus nigrita; в промышленной зоне – Pterostichus niger. Вид P. nigrita может рассматриваться как индикатор лесопарковых зон.
4. Индекс разнообразия Шеннона–Уивера подтвердил снижение биоразнообразия по градиенту антропогенной нагрузки от селитебной к промышленной зоне.
5. Сравнительный анализ показал, что фауна жужелиц г. Череповца значительно беднее, чем в других изученных промышленных городах России, что указывает на его крайне неблагоприятную экологическую обстановку.

Полученные данные демонстрируют высокую чувствительность жужелиц к техногенному воздействию и подтверждают их ценность в качестве биоиндикаторов для мониторинга состояния городской среды.

About the authors

Ivan Sergeevich Glushenkov

Author for correspondence.
Email: glushenkovi535@gmail.com

master student of Biology Department

References

Supplementary files