Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 11
1.1. Биомониторинг - система наблюдений 12
1.1.1. Зоопланктон как объект биомониторинга 16
1.1.2. Биоиндикационный потенциал макрозообентоса 17
1.1.3. Особенности ихтиологического мониторинга 20
2. Материалы и методы исследования 23
2.1. Общая характеристика обследованных пойменных озер ; 23
2.2.Материал; 30
2.3.Сбор материала и первичная обработка 31
2.3.1. Методы отбора проб; 32
2.4.Камеральная обработка; 32
2.5.Методы анализа результатов исследования; 33
3. Результаты собственных исследований 37
З.І. Видовой состав макрозообентоса обследованных пойменных озер
3.1.1. Динамика ввдоюгососташмакрозсюбентоса пойменных озер; 51
3.1.2. Структурно-видовые различия макрозообентоса модельных пойменных озер; 56
3.1.3. Изменение видового состава макрозообентоса в результате рекреационного воздействия на пойменные озера 64
3.2.Использование макрозообентоса как индикатора состояния пойменных озер 70
3.2.1. Выделение основных биоиндикаторных организмов характерных для пойменных озер Верхнего Поочья; — 72
3.2.2. Оценка состояния пойменных озер по видовому составу и структуре макрозообентоса; 77
Обсуждение результатов исследования - сравнение различных методов биоиндикации водоемов с использованием макрозообентоса применительно к пойменным озерам Верхнего Поочья; 89
Выводы 94
Литература 96
Приложение 109
- Биомониторинг - система наблюдений
- Общая характеристика обследованных пойменных озер
- Видовой состав макрозообентоса обследованных пойменных озер
Введение к работе
Основная задача экологических исследований состоит в накоплении, систематизации и анализе информации о количественном характере взаимоотношений между живыми организмами и средой их обитания.
Способ познания, основанный на относительно длительном целенаправленном и планомерном восприятии предметов и явлений окружающей действительности, издавна применялся в различных видах научной и практической деятельности человека. Блестящие образцы организации наблюдений за природной средой описаны еще в первом веке нашей эры в «Естественной истории» Гая Секунда Плиния (Шитиков, 2005).
Именно таким образом издревле человек вел мониторинг некоторых параметров окружающей среды и создал своеобразную систему мониторинга в форме народных примет, которую постоянно использовал для корректировки своей деятельности (Стрельцов, 2003).
Но, не смотря на древность самой идеи мониторинга, многие понятия данной системы до сих пор остаются спорными. Учение о мониторинге это новое направление на стыке многих наук (биологии, химии, физики, географии, математики и др.).
Существуют различные подходы к классификации экологического мониторинга: по характеру решаемых задач, по уровням организации, по природным средам, за которыми ведутся наблюдения и т.д. (Михайлов, 1991).
Если рассматривать природные среды как объект экологического мониторинга, то наиболее распространенной на Земле является водная среда, которая в свою очередь также подразделяется на большое количество
5 гидрологических структур. В связи с этим одним из наиболее актуальных
направлений мониторинга является гидробиологический мониторинг.
Гидробиологический анализ, будучи важнейшим элементом системы
наблюдения за уровнем загрязнения поверхностных вод и донных
отложений, включает в себя:
определение совокупного эффекта комбинированного воздействия загрязняющих веществ на водные биоценозы;
определение экологического состояния водных объектов и установление экологических последствий их загрязнений;
определение направления изменения водных биоценозов в условиях загрязнения природной среды;
оценку качества поверхностных вод и донных отложений как среды обитания организмов, населяющих водоемы и водотоки;
оценку трофических свойств воды;
установление возникновения вторичного загрязнения и его источников, а в ряде случаев специфического химического состава воды (Руководство по гидробиологическому.., 1992).
В связи с вертикальной расчлененностью водной среды типы водных сообществ выделяются по совершенно иному принципу, чем типы биогеоценозов. Этот же принцип соблюдается и в структуризации направлений гидробиологического мониторинга. В соответствии с распространенными и общепринятыми классификациями (Дуплаков, 1933; Зернов, 1949; Зенкевич, 1951; Константинов, 1979) выделяют следующие жизненные формы:
планктон и нектон - население пелагиали, проводящее жизнь во взвешенном состоянии и активно передвигающееся в толще воды;
бентос - организмы, живущие на дне водоемов или в грунте;
- перифитон - гидробионты, поселяющиеся на плотных субстратах и приспособленные к обитанию на границе раздела между субстратом и водой.
Последние две группы часто объединяются в общую категорию -макрозообентос.
Актуальность темы исследования. В настоящее время, используемые методы биоиндикационной оценки качества поверхностных вод, с использованием макрозообентоса, в основном специализированны для анализа состояния речных экосистем. В основу таких методов, в качестве биоиндикаторов, входят реофильные виды, остро реагирующие на содержание растворенного кислорода в воде. Однако многие лимнологические системы резко отличаются от речных по своему видовому составу. В данной ситуации речь уже должна идти о совершенно иной системе биоиндикаторов.
На территории Калужской области расположено более 200 естественных озер различного размера. Большая их часть приурочена к поймам рек и имеют старичное происхождение котловины. Большая их часть находится на территории национального парка «Уфа» имеющего статус биосферного резервата.
Работы по изучению видового состава макрозообентоса пойменных озер Верхнего Поочья ограничены и проведены лишь на некоторых из них (Казанников и соавт., 2001). Это значительно тормозило работы по созданию эффективной системы мониторинга экологического состояния озерных систем окского бассейна.
Исследования на основе биологического разнообразия бентоса и его биоиндикационного потенциала позволяют разработать систему биологического мониторинга водной среды пойменных озер. Известно, что
7 разработанные ранее схемы оценки экологического состояния водных
систем, как правило, направлены на проточные водоемы и не подходят для
замкнутых водоемов пойменного типа. Поэтому мы предприняли попытку
создания системы оценки естественного экологического состояния
пойменных озер-стариц окского бассейна.
Цель и задачи исследования: Целью настоящей диссертации являлось изучение видового состава макрозообентоса 47 пойменных озер Верхнего Поочья и использование его для биомониторинговой оценки состояния стариц, как специфической гидробиологической структуры средней полосы России.
Для реализации поставленной цели были решены следующие задачи:
Изучить данные отечественной и зарубежной литературы в области биоиндикационных исследований лимнологических систем с использованием макрозообентоса;
Исследовать видовое разнообразие, относительную частоту встречаемости макрозообентоса пойменных озер бассейна реки Оки в пределах Калужской области и выявить индикаторные виды, характерные для данной гидрологической структуры;
Определить наиболее важные показатели изменения видового состава макрозообентоса пойменных озер в ответ на естественные и антропогенные воздействия;
Разработать систему экологического мониторинга состояния пойменных озер-стариц окского бассейна по биоразнообразию макрозообентоса.
Научная новизна. В ходе проведенных нами исследований впервые был изучен видовой состав макрозообентоса 47 различных пойменных озер-стариц Верхнего Поочья в пределах Калужской области, что имеет очень
8 важное практическое значение для мониторинговых исследований, а также
для изучения кормовой базы рыб.
Предложен перечень видов-биоиндикаторов среди бентосных животных характерных для пойменных озер-стариц Окского бассейна.
Разработана и апробирована оригинальная система экологического мониторинга состояния водной среды озер-стариц Верхнего Поочья.
Среди бентосных животных отмечен вид, занесенный в Красную книгу Калужской области (Lepidurus apus (Linne, 1758)). Также выявлены и рекомендованы к внесению в региональную Красную книгу (Hirudo medicinalis (Linne, 1758); P. carinatus (O.F. Mull., 1774); Notonecta reuteri Hunderfold, 1928).
Основные положения, выносимые на защиту.
Изменение видового разнообразия бентосных животных в результате рекреационного воздействия на озера-старицы.
Наличие в пойменных озерах-старицах Верхнего Поочья биоиндикаторных организмов макрозообентоса - показателей антропогенного воздействия.
Оценка состояния озер стариц с использованием показательных
организмов макрозообентоса.
Новизна предложенной системы относительно уже существующих методов оценки экологического состояния пресноводных экосистем.
Практическая значимость работы.
Предложена система экологического мониторинга состояния озер на основе видового разнообразия бентоса, которая может успешно использоваться в сети национальных парков и заповедников, расположенных в пределах Окского бассейна.
9 Приведен перечень видов-биоиндикаторов бентосных форм, который
может быть использован, как в рамках общей системы мониторинга, так и в
экспресс-оценке естественного состояния озер-стариц.
Результаты настоящего исследования могут послужить основанием для внесения ряда видов в региональную Красную книгу.
Данные исследования важны для объективной оценки запасов кормов ценных видов рыб и других животных связанных с водоемами.
Апробация работы и публикации.
Основные положения исследований доложены на:
IV-VI краеведческих конференциях «Вопросы истории, археологии, культуры и природы Козельского края» (Козельск, 2001, 2003, 2005);
Х-ХП Всероссийских научных конференциях «Вопросы археологии, истории, культуры и природы Верхнего Поочья» (Калуга, 2003, 2005,2007);
III-IV Региональных научно-практических конференциях «Природа и история Поугорья» (Калуга, 2003,2006);
I Международной школе-семинаре «Концептуальные и практические аспекты научных исследований и образования в области зоологии беспозвоночных» (Томск, 2004)
Международной научной конференции «Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем» (Ростов-на-Дону, 2006);
Международной научной конференции «Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем» (Санкт-Питербург, 2006);
Заседании кафедры общей биологии КГПУ им. К.Э. Циолковского 2007г.
10 Материалы диссертаций опубликованы в 11 работах. В том числе одна
в ведущем научном рецензируемом журнале - Вестник Томского
государственного университета.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, трех глав, обсуждения результатов исследования, выводов, списка литературы, включающего 120 наименований, из них 19 на иностранных языках и 5 приложений. Объем работы составляет 134 страницы. Работа иллюстрирована 2 таблицами и 63 рисунками.
Биомониторинг - система наблюдений
Термин «мониторинг» появился перед проведением Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде в 1972г. Под мониторингом было решено понимать систему непрерывного наблюдения, измерения и оценки состояния окружающей среды. В настоящее время, более распространено следующее его определение: мониторинг окружающей среды - комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния экологических систем и их элементов под влиянием природных и антропогенных воздействий [Стрельцов, 2003]. Таким образом, естественной и завершающей составной частью мониторинга является прогнозирование - предсказание состояния какой либо системы, включающей как существенный элемент хотя бы одну природную популяцию. В процессе мониторинга предполагается последовательная реализация двух задач: - обеспечение постоянной оценки «комфортности» условий среды обитания человека и биологических объектов (растений, животных, микроорганизмов), а также оценки состояния и функциональной целостности экосистем; - создание условий для определения корректирующих действий в тех случаях, когда целевые показатели критериев оценки качества среды не достигаются. Следует принять во внимание, что сама система мониторинга не включает деятельность по управлению качеством среды, но, в идеале, является источником информации, необходимой для принятия некоторых экологически значимых решений [Шитиков, 2005]. В частности, Государственные доклады «О состоянии окружающей природной среды в РФ» акцентируют именно эту целевую составляющую и определяют мониторинг в РФ как «комплекс выполняемых по научно обоснованным программам наблюдений, оценок, прогнозов и разрабатываемых на их основе рекомендаций и вариантов управленческих решений, необходимых и достаточных для обеспечения управления состоянием окружающей природной среды и экологической безопасностью». Обычно доминирующие при мониторинговых исследованиях гидрохимические и физические методы определения качества водной среды не удовлетворяют в полной мере природоохранные запросы. В связи с этим в последние десятилетия при оценках экологического состояния водоемов все большее внимание уделяется использованию различных живых организмов из числа водорослей, беспозвоночных животных и рыб. В итоге формируется самостоятельное направление мониторинга водных объектов, основывающееся на применении биологических индикаторов. Как показывают результаты, в связи с особенностями реакций организмов на интенсивность влияния факторов среды биоиндикация не редко не только дополняет традиционные физико-химические методы, но и во многих случаях оказывается предпочтительнее их.
Биоиндикация как метод мониторинга экологического состояния водных объектов, прежде всего, подразделяется на два уровня: организменный и экосистемный. В первом случае она основывается на использовании отдельных видов (или форм), во втором - целостных сообществ организмов (экосистем). Применение того или иного подходов обуславливается как целями мониторинга, так и техническими и иными возможностями исполнителей. Биоиндикация как самостоятельное направление в мониторинге водных объектов основывается на ряде ведущих положений (принципов), которые целесообразно объединить в две группы. Первую составляют принципы выбора организмов (или экосистем) в качестве биологических индикаторов. В зависимости от задач, ставящихся перед работами по биоиндикации экологического состояния водного объекта, к используемым организмам предъявляются такие требования, как особенности обитания (планктонные, бентосные, свободноживущие, прикрепленные и т.п.), распространенность в водоеме по вертикале или горизонтали, спектр оцениваемых параметров водной среды, «тонкость» восприятия этих параметров и продолжительность жизни и др. Во вторую группу объединяются те положения (принципы) которые отражают изменения организмов биоиндикаторов или их реакции в связи с влиянием антропогенных факторов. Не смотря на многообразие наблюдающихся реакций, все они могут быть соотнесены с ограниченным числом типовых принципов, каждый из которых отражает определенные качественные или количественные перестройки исходных состояний. Набор установленных принципов фактически образует общедисциплинарную базу понятий, обеспечивающую объективную интерпретацию материалов получаемых с помощью биомониторинга. Наряду с гидробиологическими показателями в последнее время все более широкое распространение получают биохимические маркеры. К таким маркерам относится в частности адениловый комплекс (АК) включающий АТФ, АДФ, АМФ, играющий важную роль в реакциях обмена веществ и энергии, и отражающий жизнеспособность организмов. Однако экологическая роль АК изучена пока еще недостаточно.
Общая характеристика обследованных пойменных озер
Озера распространены на поверхности суши повсеместно. Наибольшая «озерность» характерна для увлажненных районов древнего оледенения. Много озер в районах многолетней мерзлоты, в некоторых засушливых районах внутреннего стока.
На территории Калужской области 98 % естественных озер приурочены к поймам рек, причем наибольшее их количество сосредоточено у рек Жиздра, Ока, Угра и Протва.
Озеро - естественный водоем суши с замедленным водообменом. Для его образования необходимы два неприемлемых условия - наличие естественной котловины, т.е. замкнутого понижения земной поверхности, и находящегося в этой котловине определенного объема воды.
террасой, которая характеризуется постепенным слабым понижением суши. В озерах принято выделять литораль - прибрежное мелководье, сублитораль, которая простирается до нижней границы распространения донной растительности, и профундаль, охватывающую остальную площадь озерного дна (имеется только в глубоких озерах) [Dussart, 1966].
Котловины пойменных озер образуются за счет русловых деформаций в извилистых (меандрирующих) руслах рек. Такие деформации представляют собой циклические процессы постепенного увеличения извилистости русла благодаря размыву его берегов, развороту и смещению излучин, завершающиеся прорывом перешейка со спрямлением русла [Hutchinson, 1966].
Пойменные озера-старицы это уникальные природные комплексы со своеобразным гидрологическим, гидрохимическим и геофизическим режимом. По богатству и своеобразию биоценозов экосистемы озер по праву можно считать уникальными.
На территории Калужской области было изучено 47 пойменных озер, расположенных на реках Жиздра, Ока, Угра и Протва, которые принадлежат к Волжскому бассейну (Приложение I).
р. Жиздра: 1. оз. Желтое - левобережная пойма реки Жиздра 2000 м севернее д. Кричина; 2. оз. Ужольное - левобережная пойма реки Жиздра 3500 м южнее д. Булатово; 3. оз. Большое Муцкое - левобережная пойма реки Жиздра 3000 м южнее д. Булатово; 4. оз. Волконская заводь - левобережная пойма реки Жиздра 2000 м южнее д. Булатово; 5. оз. Трошенка II - правобережная пойма реки Жиздра 2500 м южнее д. Булатово; 6. оз. Боровское - правобережная пойма реки Жиздра 2500 м южнее д. Булатово. В последние годы разделено на три водоема; 7. оз. Боровое - правобережная пойма реки Жиздра 3000 м восточнее д. Булатово; 8. оз. Старая речка I - левобережная пойма реки Жиздра 3000 м восточнее д. Булатово; 9. оз. Старая речка II- правобережная пойма реки Жиздра 1000 м южнее с. Березичи; 10. оз. Ленивое - правобережная пойма реки Жиздра 1000 м юго-восточнее с. Березичи; 11. оз. Орешня - правобережная пойма реки Жиздра 1500 м восточнее с. Нижние Прыски; 12. оз. Ямное - правобережная пойма реки Жиздра 2000 м восточнее с. Нижние Прыски; 13. оз. Гороженое - правобережная пойма реки Жиздра 2500 м восточнее с. Нижние Прыски; 14. оз. Подкова II - правобережная пойма реки Жиздра 2500 м восточнее с. Нижние Прыски; 15. оз. Карасинское - правобережная пойма реки Жиздра 2500 м северо восточнее с. Нижние Прыски; 16. оз. Успенское - правобережная пойма реки Жиздра 3000 м восточнее с. Нижние Прыски; 17. оз. Карастелиха - правобережная пойма реки Жиздра 2000 м восточнее д. Дубровка; 18. оз. Глубокое - правобережная пойма реки Жиздра 2500 м восточнее д. Дубровка; 19. оз. Поталовское I - правобережная пойма реки Жиздра 2000 м восточнее д. Полошково; 20. оз. Поталовское II- правобережная пойма реки Жиздра 2500 м восточнее д. Полошково; 21. оз. Царское - правобережная пойма реки Жиздра 2000 м юго-восточнее с. Каменка; 22. оз. Коровье - правобережная пойма реки Жиздра 2700 м восточнее д. Полошково; 23. оз. Салинское - правобережная пойма реки Жиздра 3000 м восточнее д. Полошково; 24. оз. Старая речка III - правобережная пойма реки Жиздра 3000 м юго восточнее с. Подборки; 25. оз. Большое Камышинское - правобережная пойма реки Жиздра 2000 м юго-западнее д. Камышенка; 26. оз. Малое Камышинское - правобережная пойма реки Жиздра 1500 м юго западнее д. Камышенка; 27. оз. Петля - левобережная пойма реки Жиздра 2000 м юго-восточнее д. Поляна; 28. оз. Старое русло - левобережная пойма реки Жиздра 2500 м юго восточнее д. Поляна; 29. оз. Круглое - левобережная пойма рек Жиздра и Ока 1000 м южнее д. Поляна; 30. оз. Полянское - левобережная пойма рек Жиздра и Ока 1500 м восточнее д. Поляна; 31. оз. Горка - левобережная пойма рек Жиздра и Ока 500 м юго-восточнее д. Поляна.
Видовой состав макрозообентоса обследованных пойменных озер
До наших исследований, видовой состав пойменных озер верхнего Поочья изучался только в рамках комплексного обследования озер-стариц реки Жиздра в 1999 году [Казанников, Демин, Наумкин, Казанникова, 2001]. В рамках этого исследования были изучены только некоторые озера -Желтое, Ленивое, Гороженное, Царское и Карастелиха. Другие работы по изучению макрозообентоса пойменных озер-стариц Верхнего Поочья нам не известны. В настоящей работе мы существенно расширили список видов пойменных озер Верхнего Поочья. Нами было выявлено 180 видов донных беспозвоночных относящихся к 7 типам, 10 классам, 28 отрядам, 59 семействам, 114 родам. Аннотированный список видового состава бентоса озер-стариц составлен на основе собственных сборов в период с 2001 по 2006 годы. В приведенный ниже список не вошла группа Chironomidae. Это обусловлено тем, что эта группа очень специфична и требует отдельного изучения. Виды, обозначенные в списке указываются впервые для Калужской области, обозначенные являются редкими и рекомендованы к включению в региональную красную книгу. Более подробные сведения по распределению видов макрозообентоса по озерам старицам приведено в Приложении V. Тип CNTDARIA Кл-HYDROZOA 1. Hydra oligactis (Pallas, 1766) - Желтое, В.заводь, Боровское, Ленивое, Царское, Хохловское, Торфянка. Тип SPONGIA Кл. CORNACUSPONGIA 2. Spongilla lacustris (Linne, 1758) - Ужольное, Боровское, Орешня, Гороженое, Карасинское, Глубокое, Царское. 3. Ephydatiafluviatilis (Linne, 1758) - Б.Камышенское, Петля, Ст.русло, Оглублянка, Михалево. Тип PLATHELMB4THES Кл. TURBELLARIA 4. Planaria lugubris - Боровое. 5. P. torva - В.заводь, Трошенка, Боровское, Хохловское, Торфянка; 6. Dendrocoelum lacteum - В.заводь, Орешня, Гороженое, Круглое; THHANNELIDES Кл.НШШЕЧЕА Сем. GLOSSIPHONIIDAE 7. Protoclepsis tessulata (O.F. Mull, 1774) - Карастелиха, Б.Камышенское, Горка; 8. Glossiphonia complanata (Linne, 1758) - В.заводь, Трошенка, Боровское, Ст. Речка II, Ленивое, Орешня, Гороженое, Карастелиха, Глубокое, Царское, Салинское, Б.Камышенское, М.Камышенское, Ст. русло, Горка, Бездонное, Хохловское, Горское, Залидовское, Оглублянка, Михалево; 9. G. concolor (Apathy, 1888) - Боровское; 10. G. heteroclita (Linne, 1758) - Трошенка, Орешня, Салинское, Б.Камышенское, М.Камышенское, Старица, Залидовское; И. Haementeria costata (Fr. Mull., 1846) - Боровское, Подкова, Карастелиха, Салинское, М.Камышенское; 12. Helobdella stagnalis (Linne, 1758) - Боровское, Карасинское, Царское, Бездонное, Горское, Резвань, Михалево; 13. Hemiclepsis marginata (O.F. MiilL, 1774) - Подкова, Глубокое, Салинское, М.Камышенское; Сем. PISCICOLIDAE 14. Piscicolafasciata Kollar, 1842 - Трошенка; Сем. ERPOBDELLIDAE 15. Erpobdella octoculata (Linne, 1758) - Желтое, В.заводь, Трошенка, Боровское, Боровое, Ст. Речка И, Ленивое, Орешня, Ямное, Гороженое, Подкова, Карастелиха, Глубокое, Царское, Салинское, Б.Камышенское, М.Камышенское, Круглое II, Полянское, Бездонное, Хохловское, Горское, Тишь, Резвань, Залидовское; 16. Е. testacea Savigng, 1820 - Подкова; 17. Е. nigricollis (Brandes, 1900) - В.заводь, Трошенка, Боровское, Карастелиха, Глубокое, Салинское, Б.Камышенское, Круглое II, Горка, Горское, Тишь, Резвань, Михалево; Сем. HIRUDINIDAE 18. Hirudo medicinalis (Linne, 1758) - Торфянка; 19. Haemopis sanguisuga (Linne, 1758) - Боровское, Ленивое, Гороженое, Глубокое, Поталовское I, Коровье, Б.Камышенское, Тишь, Лысое, Коновалово И, Торфянка, Долгое, Старица, Круглое; THIIMOLLUSCA Кл. BIVALVIA Сем. UNIONIDAE 20. Tumidiana tumida (Ph. In Ret., 1788) - Бездонное, Тишь, Резвань, Оглублянка, Михалево; 21. Unio rostratus Lamarck, 1799 - Тишь, Резвань, Оглублянка; 22. U. pictorum (Linne, 1758) - Тишь, Резвань, Оглублянка, Михалево; 23. Anodonta stagnalis (Gmelin, 1971) - Ленивое, Бездонное, Тишь; 24. Colletopterum ponderosum (С. Pfeiffer, 1825) - Подкова, Бездонное, Резвань; 25. С. anatinum (Linne, 1958) - Тишь; Сем. SPHAERIDAE 26. Sphaerium corneus (Linne, 1758) - Желтое, Ленивое, Гороженое, Царское, Полянское, Хохловское, Горское, Тишь, Резвань, Старица, Оглублянка, Михалево.
Похожие диссертации на Использование макрозообентоса для биологического мониторинга пойменных озер Верхнего Поочья
