Введение к работе
Актуальность темы исследований. Дельта реки Волги и Северный Каспий – уникальные акватории, являющиеся наиболее продуктивными рыбопромысловыми регионами РФ, с огромным запасом углеводородных ресурсов и биологических богатств, не имеющих аналогов в мире. Наиболее удобным и информативным индикатором состояния водной среды и антропогенного влияния на нее служат организмы зообентоса, биологические особенности которых позволяют отражать меняющиеся условия среды обитания (Пшеницина, 1986; Попченко, 1988). Бентосные сообщества чутко реагируют на любые изменения среды обитания, вызванные как антропогенным воздействием, так и естественными причинами. Моллюски, принимающие участие в трансформации и миграции тяжелых металлов, занимают особое место среди организмов, обитающих в контактной зоне вода–дно (Phillips, 1977). Они являются одним из функциональных звеньев экосистем, через которые проходят потоки микроэлементов с последующим их отложением в донные осадки (Курочкина и др., 2001). Макрофиты обладают высокой степенью морфологической изменчивости, что позволяет им реагировать на внешние условия путем изменения морфофизиологических параметров.
Распределение металлов в биогеоценозах зависит не только от геохимии среды, но и огромной роли живых организмов, которые утилизируют металлы, вовлекая тем самым их в трофический круговорот (Вернадский, 1987). Одна из важнейших биогеохимических функций живого вещества – концентрационная – выражается в селективном поглощении организмами химических элементов в соответствии с их физиологическими потребностями, в результате чего в окружающей среде происходит биогенная дифференциация элементов. Благодаря концентрационной функции двустворчатые моллюски и макрофиты способны аккумулировать микроэлементы в 103–105 раз больше, чем их содержится в среде. В различных геохимических условиях среды трофическая цепь организмов вследствие количественных и качественных преобразований может изменяться и достигать значительных величин, но она в определенной степени ограничена содержанием химических элементов в компонентах экосистемы, которые образовались в течение эволюции биосферы. На примере моллюсков и водных растений можно проследить динамику и степень накопления микроэлементов в гидробионтах, которые длительное время находятся на ограниченном месте обитания.
Степень разработанности темы исследования. Изучению
микроэлементного состава пресноводных и морских моллюсков и водных растений посвящены работы многих ученых (Воробьев, 1993; Андрианов, 2000; Христофорова и др., 1994; Зайцев и др., 2004; Галатова, 2007; Кику, 2008; Чернова и др., 2009; Ковековдова, 2011; Ермаков и др., 2012; Локтионова, 2012; Шаплыгина, 2013; Мелякина и др., 2014; Челядина, 2014; Болотов, 2015 и др.). Однако сравнительные особенности микроэлементного состава пресноводных и морских бентосных организмов в зависимости от условий их обитания
(соленость, глубины, тип грунта, проточность) ранее не исследовались. Также не изучен механизм микроэлементов в системе грунт-вода-бентос.
Цель исследований: оценить микроэлементный статус представителей пресноводной и морской малакофауны и фитоценотических сообществ в биогеохимических условиях дельты реки Волги и Северного Каспия.
Задачи исследований:
- оценить содержание металлов в грунтах и воде разнотипных водоемов –
среде обитания бентосных организмов;
- установить особенности распределения микроэлементов (никеля,
кобальта, свинца, марганца, меди, цинка) в представителях пресноводной и
морской малакофауны;
- проанализировать уровни содержания микроэлементов в морских
водорослях и пресноводных макрофитах;
- показать видовые особенности в микроэлементном составе бентосных
организмов;
- установить зависимость между типом питания различных
представителей бентофауны и интервалами естественных значений
микроэлементов в них;
- определить микроэлементный статус бентосных организмов в
зависимости от различных абиотических факторов (тип грунта, глубина,
соленость, проточность водоема).
Научная новизна. Впервые показаны уровни содержания металлов (никеля, кобальта, свинца, марганца, меди, цинка) в грунтах и воде дельты Волги и северо-западной части Каспийского моря. Установлены достоверные различия в химическом составе грунтов и воды, которые оказали существенное влияние на особенности микроэлементного состава пресноводных и морских бентосных организмов.
Определен микроэлементный статус бентосных организмов - моллюсков
и водных растений - из Северного Каспия и водотоков дельты реки Волги и
проведен их сравнительный анализ. Впервые проведены комплексные
исследования по изучению накопления микроэлементов донными
гидробионтами в зависимости от различных экологических условий среды обитания (соленость, глубина, тип грунта и проточность водоема). Определены виды-концентраторы микроэлементов среди моллюсков и водных растений изученных водоемов.
Проведенный анализ микроэлементного состава бентосных организмов
позволил сформировать представление о микроэлементном статусе
гидробионтов, обитающих в дельте реки Волги и северо-западной части Каспийского моря.
Выявлены и описаны основные закономерности распределения микроэлементов в различных компонентах (грунт-вода-зообентос-фитобентос) изученных экосистем.
Впервые установлены интервалы естественных содержаний
микроэлементов в организмах пресноводного и морского бентоса и показана их связь с характером питания гидробионтов.
Теоретическая и практическая значимость. Установленные уровни содержания исследуемых микроэлементов (никеля, кобальта, свинца, марганца, меди, цинка) в организме моллюсков и в водных растениях, а также результаты сравнительного анализа их содержания в пресноводной и морской бентофауне могут быть использованы для раскрытия закономерностей аккумуляции микроэлементов в гидробионтах в зависимости от их содержания в водной среде и экологических условий среды обитания.
Результаты исследований дополняют данные о роли изученных микроэлементов в животном и растительном организме. Знание химического элементарного состава организмов необходимо для оценки роли живого вещества в биогенной миграции элементов в биогеоценозе и влияния живого вещества на круговорот химических элементов в биосфере. Проведенный анализ бентосных сообществ естественных морских и пресноводных экосистем с целью выявления закономерностей, особенностей распределения и миграции микроэлементов в системе «грунт-вода-фитобентос-зообентос» позволит получить результаты, которые будут в дальнейшем направлены на оптимизацию биогеохимических особенностей среды обитания промысловых организмов.
Информация об интервалах естественных содержаний микроэлементов в организмах пресноводного и морского бентоса позволяет установить их связь с характером питания гидробионтов.
Результаты изучения уровней содержания элементов (никеля, кобальта, свинца, марганца, меди, цинка) в грунтах, воде и бентосных организмах пресноводных и морских экосистем могут быть использованы при проведении экологического мониторинга в современных экологических условиях.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Ведущими элементами по количеству их содержания в донных
отложениях северно-западной части Каспийского моря являются свинец и
никель, а в грунтах водоемов авандельты – марганец и цинк. Степень их
накопления зависит от типа грунтов. Морская вода, по сравнению с пресной,
отличается повышенными значениями цинка.
2. Концентрация элементов в донных осадках положительно коррелирует
с их содержанием в раковинах моллюсков из Северного Каспия и в мягких
тканях моллюсков из авандельты. Микроэлементный состав как морских, так и
пресноводных растений имеет прямую зависимость от химического состава
грунтов.
-
Накопление микроэлементов в гидробионтах зависит от их видовых особенностей и экологических условий среды обитания – типа грунта, солености, глубины и проточности водоема.
-
В водных экосистемах интервалы естественных значений изученных микроэлементов в гидробионтах зависят от типа питания.
Степень достоверности и апробации результатов. Все полученные
результаты в представленной работе получены лично автором. Степень
достоверности устанавливается достаточным объемом собранного материала,
применением современного сертифицированного аналитического
оборудования, соблюдение требований действующих стандартов и
общепринятых методов статистической обработки данных.
Результаты исследований представлены на конференциях:
Международной научной конференции (Белград, 2010, 2012); IV
Международной научной конференции «Современные проблемы
гидроэкологии» (Санкт-Петербург, 2010); Всероссийская конференция с
международным участием «Современные проблемы водной токсикологии»
(Петрозаводск, 2011); Международной научной конференции «Изучение и
освоение морских и наземных экосистем в условиях арктического и аридного
климата» (Ростов-на-Дону, 2011); VII и VIII Международных
биогеохимических школах (Астрахань, Россия, 2011г., Гродно, Беларусь, 2013); III научно-практической конференции «Новейшие технологии освоения месторождений углеводородного сырья экосистем Каспийского шельфа» (Астрахань, 2012); III Международной научно-практической конференции молодых ученых «Комплексные исследования биологических ресурсов южных морей и рек» (Астрахань, 2012).
Автором написано и издано по теме диссертации 33 работы, в том числе, 9 работ в изданиях, рекомендуемых ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа включает введение, обзор литературы, материалы и методы исследований, результаты исследований и их обсуждение, заключение, выводы, практические рекомендации, список литературы и приложения. Работа изложена на 157 страницах, включая 42 таблицы, 29 рисунков, в частности, 3 карты. Список литературы содержит 321 источник, в том числе 57 - на иностранных языках.