BIOINDICATIVE EFFICIENCY OF SOIL INVERTEBRATES IN ECOLOGICAL SYSTEMS WITH DIFFERENT LEVELS OF ANTHROPOGENIC LOAD
DOI:
https://doi.org/10.32782/naturalspu/2025.2.11Keywords:
mesofauna, bioindication, trophic structure, biomonitoring, ecological diagnostics, soilAbstract
The article presents the results of a study on the bioindicative efficiency of soil invertebrates across four types of ecosystems with varying degrees of anthropogenic pressure (quasi-natural, agroecosystem, urban, and technogenic) located within the Volyn region (Ukraine). The quasi-natural site (Vorotniv tract near Lutsk) exhibited the highest ecological indicators: mesofauna density reached 1212 specimens/m², species richness comprised 14 taxa, the Shannon diversity index was 2.18, and the Simpson index (1 – D) was 0.87. In the technogenic zone (industrial area near PJSC "Tsuman" in the village of Tsuman), the mesofauna density decreased to 528 individuals/m², indicating a significant reduction in biotic diversity as a result of soil environment degradation. In the agroecosystem (agricultural lands near the village of Hirka Polonka) and urban site (a green zone in downtown Lutsk), mesofauna densities were 662 and 734 specimens/m², and species richness amounted to 10 and 9 taxa, respectively. Diversity indices declined along the disturbance gradient: H′ decreased from 2.18 to 1.12; D from 0.87 to 0.53. A strong positive correlation was found between mesofauna density and soil organic matter content (R² = 0.952), highlighting the trophic dependence of community structure. Under stable environmental conditions, Oribatida, Collembola, and Lumbricidae were dominant, whereas in the technogenic site Collembola (43%) and Gamasina (31%) prevailed, indicating the dominance of plastic, rapidly reproducing forms with short life cycles. The quasi-natural site was characterized by a high proportion of saprotrophic forms (collectively over 70%), while in transformed ecosystems, the share of eurytopic groups increased, particularly microphages with a broad ecological tolerance. The results confirm the high sensitivity of soil mesofauna structure to anthropogenic stress and justify its application as a reliable indicator within the framework of biomonitoring for ecological diagnostics of grounds experiencing technogenic impact of varying intensity.
References
Горова А.І., Павличенко А.В., Борисовська О.О., Ґрунтова В.Ю. та ін. Біоіндикація: методичні рекомендації до виконання лабораторних робіт студентами напряму підготовки 6.040106 «Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування». Дніпро : НГУ, 2014. 76 с.
Горова А.І. Методологічні аспекти оцінки генетичних наслідків техногенезу. Екологія і природокористування, 2001, вип. 3, с. 143–152.
Грицак Л.Р., Барна І.М., Кодлюк І.М., Сельська І.І., Сплавінська Ю.Т., Сукар Х.В., Барна С.С. Біоіндикаційні методи для потреб системного аналізу якості довкілля. Наукові записки Тернопільського національного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка. Серія: Географія, 2017, вип. 2, с. 153–165.
ДСТУ 4287:2004. Ґрунти. Методи лабораторного визначення показників родючості. Київ : Держспоживстандарт України, 2005. 18 с.
ДСТУ ISO 10381-6:2004. Якість ґрунту. Відбір зразків. Частина 6. Керівництво з відбору зразків для оцінювання біологічної активності у ґрунті. Київ : Держспоживстандарт України, 2005. 9 с.
Єврюжихіна Г.Я. Кліщі-орибатиди (Oribatei). Фауна України. Т. 27, вип. 1. Київ : Наук. думка, 1978. 360 с.
Притула Н.М. Фіто- та зооіндикація стану навколишнього середовища. Інституційний репозитарій Запорізького національного університету. URL: https://dspace.znu.edu.ua/jspui/handle/12345/12902 (дата звернення: 18.06.2025).
Сметана О.М., Сметана Н.М. Зооіндикація антропогенного навантаження на степові біоценози Криворіжжя. Еколого-біологічні дослідження: матеріали наук. конф., Кривий Ріг, 2002, с. 390–396.
Barton P.S., Moir M.L. Invertebrate indicators and ecosystem restoration. In: Lindenmayer D., Barton P. (eds.) Indicators and surrogates of biodiversity and environmental change. Amsterdam : Elsevier, 2015, pp. 59–68.
Boháč J., Jahnová Z. Land use changes and landscape degradation in central and eastern Europe in the last decades: epigeic invertebrates as bioindicators of landscape changes. In: Kozlowski J. (ed.) Environmental Indicators. Dordrecht : Springer, 2015, pp. 395–420. DOI: 10.1007/978-94-017-9499-2_24.
Davidson M., Minor M., Todd J. Terrestrial macrofauna invertebrates as indicators of agricultural impacts. AgResearch Ltd., 2024. Available at: https://agresearch.figshare.com/articles/report/Terrestrial_macrofauna_invertebrates_as_indicators_of_agricultural_impacts/26001967?file=46945099
Fontanetti C.S., Nogarol L.R., Souza R.D., Perez D.G., Maziviero G.T. Bioindicators and biomarkers in the assessment of soil toxicity. In: Villalobos M. (Ed.), Soil Contamination. InTech, 2011, pp. 143–168. DOI: 10.5772/25042.
Gerlach J., Samways M., Pryke J. Terrestrial invertebrates as bioindicators: an overview of available taxonomic groups. Journal of Insect Conservation, 2013, vol. 17, pp. 831–850. DOI: 10.1007/s10841-013-9565-9.
Ghannem S., Bacha O., Fkiri S., Kanzari S., Aydi A., Touaylia S. Soil and sediment organisms as bioindicators of pollution. Ecologies, 2024, vol. 5, no. 4, pp. 679–696. DOI: 10.3390/ecologies5040040.
Manu M. Soil invertebrates – a useful tool in biomonitoring of heavy metal pollution: a review. Studia Universitatis Vasile Goldis. Seria Stiintele Vietii (Life Sciences Series), 2017, 27(4), pp. 247–258.
Medhi J., Dutta J., Kalita M.C. Biomonitoring ecosystem: modelling relationship with environmental factors. In: Das S., Ray S. (Eds.), Arthropods: Are they beneficial for mankind? Singapore: Springer, 2021, pp. 113–130.
Paoletti M.G. Invertebrate biodiversity as bioindicators of sustainable landscapes: Practical use of invertebrates to assess sustainable land use. Amsterdam, Netherlands: Elsevier, 2012. 460 p.
Potapov M.A. Synopses on Palaearctic Collembola: Volume 3. Isotomidae. Warszawa: Museum and Institute of Zoology, Polish Academy of Sciences, 2001. 603 p.
Santorufo L., Van Gestel C.A., Rocco A., Maisto G. Soil invertebrates as bioindicators of urban soil quality. Environmental Pollution, 2012, vol. 161, pp. 57–63. DOI: 10.1016/j.envpol.2011.09.042.
Weigmann G. Hornmilben (Oribatida). In: Dahl F. (Ed.), Die Tierwelt Deutschlands, vol. 76. Jena: G. Fischer, 2006. 520 p.
Zaghloul A., Saber M., Gadow S., Awad F. Biological indicators for pollution detection in terrestrial and aquatic ecosystems. Bulletin of the National Research Centre, 2020, vol. 44, no. 1, pp. 1–11. DOI: 10.1186/S42269-020-00385-X.
