Does Industrial Air Pollution Affect the Amount and Diversity of Soil Microarthropods?

Abstract

The pollutant wastes emitted from the industrial facilities can disrupt the ecological structure by affecting the environments such as air, water and soil. Microarthropods, which play an important role in soil ecosystem, are the most sensitive fauna against environmental changes. Cement plants as well as iron-steel plants release intense atmospheric pollutants into the environment. In this study, the possible effects of the iron-steel plant and cement factory in Karabük province on soil microarthropods were investigated. For this reason, in the spring and fall seasons, three replications were sampled at six locations, including the bottom land, the middle hillside and the upper hillside, on the slopes facing the factories of the ridge to the east of the factories and on the opposite sides of the Karabük University. Soil samples were taken from the top soil (0-5 cm) with a 5 cm height and 5 cm diameter cylinder. The arthropods were extracted from the samples by Berlese funnel, identified under the microscope, counted and classified. Based on the results of the study, 61 different arthropod taxa were determined in the study area. Acari and Collembolas are the most abundant taxonomic groups on both hillsides. Significant difference was found between the hillsides in terms of the amount of arthropods and the Shannon diversity index (H′). Nearly 15463 individuals∙m⁻² and H′= 1,9 were identified on the hillside facing the factory under the influence of pollution, while 47020 individuals∙m⁻² and H′= 2,5 were found on the hillside facing the university. The fact that the amount of arthropod is lower, and the biodiversity index value is lower on the hillside facing the factory suggests that the direct exposure to the industrial pollutant significantly damages the arthropod taxa in the soil.

Keywords

• Karabük,Berlese funnel method,biological diversity,Collembola

Endüstriyel Hava Kirliliği Toprak Mikro Eklembacaklılarının (Arthropoda) Miktar ve Çeşitliliğini Etkiler Mi?

Öz

Endüstriyel tesislerden çevreye yayılan kirletici atıklar hava, su ve toprak gibi ortamları etkileyerek, ekolojik yapıyı bozabilmektedir. Toprak ekosisteminde önemli rol oynayan toprak mikro eklembacaklıları çevresel değişimlere karşı çok hassas canlılardır. Çimento fabrikaları ve demir çelik tesisleri çevreye yoğun atmosferik kirleticiler bırakmaktadır. Bu çalışmada, Karabük ilindeki çimento ve demir-çelik fabrikasının etraflarındaki toprak mikro eklembacaklılarına olası etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla, bahar ve güz mevsimlerinde fabrikaların doğusundaki sırtın fabrikalara bakan ve Karabük Üniversitesi’ne bakan yönlerinde taban, orta yamaç ve üst yamaç olmak üzere 6 noktada üçer tekerrürlü örnekleme yapılmıştır. Toprak örnekleri 5 cm boy ve 5 cm çaplı silindir ile üst topraktan (0-5 cm) alınmıştır. Eklembacaklılar, örneklerden Berlese hunisi yöntemi ile çıkartılmış, mikroskop altında teşhis edilip, sayılmış ve sınıflandırılmıştır. Yapılan çalışmanın sonuçlarına göre, çalışma alanında 61 farklı eklembacaklı taksonu saptanmıştır. Her iki yamaçta da akarlar ve collembolalar en fazla bulunan taksonomik gruplardır. Eklembacaklı sayısı ve Shannon çeşitlilik indeksi (H′) açısından yamaçlar arasında önemli fark bulunmuştur. Kirlilik etkisi altındaki fabrikaya bakan yamaçta 15463 birey∙m⁻² ve H′=1,9 iken, üniversiteye bakan yamaçta ise 47020 birey∙m⁻² ve H′=2,5 olarak bulunmuştur. Fabrikaya bakan yamaçta eklembacaklı miktarının daha az olması ve biyolojik çeşitlilik indeks değerinin de daha düşük bulunması; endüstriyel kirleticiye doğrudan maruz kalmasının, toprakta yaşayan eklembacaklı taksonlarına belirgin olarak zarar verdiğini düşündürmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Karabük,Berlese hunisi yöntemi,biyolojik çeşitlilik,Collembola,Akar

Kaynakça

1. An, Y. J., Kim, S. W., Lee, W. M. (2013). The Collembola Lobelya sokamensis juvenile as a new soil quality indicator of heavy metal pollution. Ecological indicators, 27, 56-60.
2. Anonim (2012). Karabük Zonguldak Bartın İlleri Çevresel Durum Değerlendirmesi, S: 264, Karabük.
3. Anonim (2017). Karabük İli 2016 Yılı Çevresel Durum Raporu, S:62, Karabük.
4. Anonim (2018). https://www.nufusu.com/ilce/merkez_karabuk-nufusu
5. Anonim (2019). https://karabuk.ktb.gov.tr/TR-63702/cografya.html
6. Butnariu, M. (2015). Markers, Indicators of Soil Pollution. In Environmental Indicators (pp. 343-364). Springer, Dordrecht.
7. Coleman, D. C., Crossley, D. A., Hendrix, P. F. (2004). Fundamentals of Soil Ecology, Academic press, USA.
8. Çepel, N. (1988). Orman Ekolojisi, İÜ Or. Fak. Yayın No, 389.

9. Dombos, M. (2002). A Tullgren–type extractor for sampling springtails populations from small volume soil cores in high sample size, Tiscia, 33, 3-7.
10. Duyar, A. (2014). Toprak eklembacaklılarının (Arthropoda) Bolu-Aladağ göknar (Abies bornmulleriana Mattf.) ekosistemindeki mevsimsel değişimi. Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi, İstanbul, Türkiye.
11. Duyar, A. (2017). Fabrika baca kirliliğinin omurgasız toprak faunasına etkisi. III. Uluslararası Multidisipliner Çalışmaları Sempozyumu (ISMS), 12.10-11 Kasım 2017, Ankara.
12. Duyar, A. (2018a). Endüstri Kaynaklı Atmosferik Kirleticilerin Kuyrukla Sıçrayanların (Collembola: Arthropoda) Miktar ve Çeşitliliğine Etkisi. International Congress on Engineering and Architecture (ENAR-2018), 14-16 Kasım 2018, 1261-1269, Antalya, Türkiye.
13. Duyar, A. (2018b). Diversity Of Soil Microarthropods In Habitats Containing Different Tree Species In The Spring Season. Fresenius Environmental Bulletin, 27 (12B), 9634-9641.
14. Duyar, A., Makineci, E. (2016). Seasonal and altitudinal variations of soil arthropods in Abies nordmanniana subsp. bornmulleriana forests. Bosque, 37(2), 335-345.
15. Faber, J. H., Wensem, J. (2012). Elaborations on the use of the ecosystem services concept for application in ecological risk assessment for soils, Science of The Total Environment, 415, 3–8.
16. Fiera, C. (2009). Biodiversity of Collembola in urban soils and their use as bioindicators for pollution. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 44(8), 868-873.
17. Fischer, R., Mues, V., Ulrich, E., Becher, G., Lorenz, M. (2007). Monitoring of atmospheric deposition in European forests and an overview on its implication on forest condition. Applied Geochemistry, 22(6), 1129-1139.
18. Gülçur, F. (1974). Toprağın Fiziksel ve Kimyasal Analiz Yöntemleri. İÜ Yayınları, OF Yayın, (201), 225.
19. Hacısalihoğlu, İ. Y. (1994). Karabük’te Hava Kirliliği, Türk Coğrafya Dergisi, 29, 475-494.
20. Joo, S. J., Yim, M. H., Nakane, K. (2006). Contribution of microarthropods to the decomposition of needle litter in a Japanese cedar (Cryptomeria japonica) plantation, Forest Ecology and Management, 234, 192-198.
21. Kantarcı, D. (1980). Ilıman iklim koşullarında toprak kesitinde kilin taşınması ve birikmesi olayı üzerine araştırmalar. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 30(2), 153-190.
22. Karaöz, M. Ö. (1989). Toprakların su ekonomisine ilişkin bazı fiziksel özelliklerinin laboratuvarda belirlenmesi yöntemleri. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 39(2), 133-144.
23. Maaß, S., Daphi, D., Lehmann, A., Rillig, M. C. (2017). Transport of microplastics by two collembolan species. Environmental Pollution, 225, 456-459.
24. Meehan, T. D., Drumm, P. K., Schottland, F. R., Oral, K., Lanier, K. E., Pennington, E. A., Pennington, L. A., Stafurik, I. T., Valore, D. V., Wylie, A. D. (2006). Energetic equivalence in a soil arthropod community from an aspen-conifer forest. Pedobiologia, 50, 307-312.
25. Nakamura, A., Proctor, H., Catterall, C. P. (2003). Using soil and litter arthropods to assess the state of rainforest restoration. Ecological Management and Restoration, 4(s1) 20-28.
26. OGM (2019). https://www.ogm.gov.tr/Sayfalar/OrmanHaritasi.aspx
27. Özdalyan, B., Çelik, M. B., Kadı, İ. (2001). Karabük’te hava kirliliği ve çözüm önerileri. Teknoloji, 4(3-4), 51-56.
28. Özkan, K. (2012). Taksonomik çeşitlilik indislerinin geleneksel çeşitlilik indisleri ile karşılaştırılması. Turkish Journal of Forestry, 13(2), 107-112.
29. Posthuma, L. (1990). Genetic differentiation between populations of Orchesella cincta (Collembola) from heavy metal contaminated sites. Journal of Applied Ecology, 27(2), 609-622.
30. Salmon, S., Mantel, J., Frizzera, L., Zanella, A. (2006). Changes in humus forms and soil animal communities in two developmental phases of Norway spruce on an acidic substrate, Forest Ecology and Management, 237, 47-56.
31. Santorufo, L., Van Gestel, C. A., Maisto, G. (2012). Ecotoxicological assessment of metal-polluted urban soils using bioassays with three soil invertebrates. Chemosphere, 88(4), 418-425.
32. Santos, S. A. P., Cabanas, J. E., Pereira, J. A. (2007). Abundance and diversity of soil arthropods in olive grove ecosystem (Portugal): Effect of pitfall trap type, European Journal of Soil Biology, 43, 77-83.
33. Tovar-Sánchez, E., Hernández-Plata, I., Martínez, M. S., Valencia-Cuevas, L., Galante, P. M. (2018). Heavy Metal Pollution as a Biodiversity Threat. In Heavy Metals. IntechOpen.
34. Weidema, B. P. (2007). Framework for and review of biodiversity indicators for forest management in the context of product life cycle assessment. Draft report prepared for TetraPak. Hørsholm: 2.-0 LCA consultants.
35. Wiwatwitaya, D., Takeda, H. (2005). Seasonal changes in soil arthropod abundance in the dry evergreen forest of north-east Thailand, with special reference to collembolan communities. Ecological Res., 20, 59-70.