Введение к работе
Актуальность проблемы. Антропогенные изменения окружающей
среды, в том числе биогидросферы, становятся все более значимы по мере усиления хозяйственной деятельности человека. Поэтому на сегодня важным и совершенно необходимым является глобальный мониторинг качества природных вод. В этом плане актуально практическое воплощение теоретических принципов биологического мониторинга на примере разнотипных и находящихся в различных экологических ситуациях водных объектов юга Западной Сибири, интерес к которым всегда был велик в связи с комплексным использованием биологических ресурсов ее многочисленных текучих и стоячих вод.
Такова крупнейшая в Западной Сибири Чановская озерная система, имеющая не только большое рыбохозяйствешюе, но и общеэкологическое значение. Изучение водных экосистем бассейна реки Алей необходимо для комплексного мониторинга окружающей среды в связи с напряженной экологической ситуацией региона и оценкой последствий ядерных испытаний на Семипалатинском полигоне. Средняя равнинная река Барнаулка, типичная для равнинных водотоков Верхней Оби, взята нами в качестве модельного водного объекта, испытывающего большой антропогенный пресс, для разработки региональных систем мониторинга. Мониторинг горных водных объектов бассейнов рек Чарыша и Чапши, пока не испытывающих большой антропогенной нагрузки, дает ценный сравнительный биологический и зоо-географический материал.
Цель и задачи работы: Показать особенности практического проведения мониторинга биоразнообразия, биопродуктивности и экологического состояния разнотипных водных объектов юга Западной Сибири. В соответствии с этим были поставлены и решены следующие задачи:
Выявить особенности структуры и функционирования зообентоса Чановской озерной системы и зависимость этих параметров от природной цикличности режима водности и минерализации, а также от степени органического, биогенного и токсического загрязнения.
Установить особенности развития зообентоса и зоопланктона в среднем течении реки Алей, наиболее подверженном антропогенному прессу, и оценить влияние загрязнения; выявить закономерности формирования зообентоса и зоопланктона Гилевского и Склюихинского водохранилищ бассейна реки Алей в период их становления, определить их трофический и экологический статус.
Изучить структурные и функциональные особенности состояния зообентосных и зоопланктонных сообществ и провести по этим показателям мониторинг экологического состояния реки Барнаулки; определить наиболее подходящие для этого показатели щдацщцщать их для разт к и региональной системы биоиндикации. I РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ 1
I БИБЛИОТЕКА [
Исследовать состояние зообентоса горных водных объектов бассейна Катуни, пока не испытывающих большой антропогенной нагрузки.
Провести кариологическое изучение хирономид и определить возможность применения в диагностическом мониторинге показателей цитогс-нетического полиморфизма их природных популяций.
Опробовать и выявить наиболее приемлемые современные технологии для диагностического мониторинга изученных водных объектов юга Западной Сибири.
Научная новизна. Проведены мониторинговые исследования разнотипных водных объектов: водохранилищ (Гилевское, Склюихинское), озер (Чаны, малые равнинные и горные озера Верхней Оби), равнинных (Алей, Барнаулка) и горных водных объектов (бассейн р. Катуни), для большинства из них впервые.
Получены новые знания о структуре и функционировании бентиче-ских сообществ крупнейшей бессточной Чановской озерной системы, имеющей не только большое рыбохозяйственное, но и общеэкологическое значение для Западной Сибири. Впервые изучена сезонная динамика развития зообентоса, что важно для определения обеспеченности рыб кормом во времени. Впервые экспериментально определена продукция зообентоса и трофический статус озера. Впервые проведены работы по уточнению таксономического состава хирономид как важнейшей составляющей зообентоса современным методом выведения имаго из преимагинальных стадий. Впервые определено по качественным и количественным показателям водных сообществ экологическое состояние Чановской озерной системы.
Впервые получены данные об особенностях развития зообентоса и зоопланктона, на основании которых проведен биоэкологический мониторинг бассейна средней равнинной реки Барнаулки. Впервые разработана региональная система оценки качества ее вод по зообентосу в виде биотического индекса, выявлены индикаторные виды и группы видов для изученного водотока.
Впервые подробно изучено влияние загрязнения на зооценозы среднего течения р. Алей, наиболее подверженного антропогенному прессу, и выявлены тенденции изменений зооценозов при загрязнении.
Впервые проведено исследование биоразнообразия горных водных объектов бассейнов Чарыша и Чапши, пока не испытывающих большой антропогенной нагрузки, и определено их экологическое состояние.
Впервые (в 70-е годы XX в) начато кариологическое изучение популяций хирономид из природных водных объектов юга Западной Сибири в целях систематики (картирование трех видов проведено впервые, принято и широко используется отечественными и зарубежными цитологами) и экологического мониторинга. Показана перспективность использования данных по генетическому полиморфизму природных популяций хирономид для вы-
явления природных и антропогенных сукцессии, предложены перспективные для этого показатели.
Впервые для хирономид нами открыт геномный полиморфизм у хи-рономид в виде дополнительных, или В-хромосом, могущих служить показателем природных и антропогенных стрессовых ситуаций.
Практическая значимость. Материалы диссертации являются крупным вкладом в разработку теории и практики экологического мониторинга природных вод и могут быть использованы в качестве методической и практической основы для научной организации системы экологического мониторинга разнотипных водных объектов. Материалы диссертации легли в основу учебного пособия ("Биологический анализ качества пресных вод") и использованы для разработки специальных учебных курсов «Общая гидробиология», «Биоэкологический мониторинг пресных вод», «Большой экологический практикум», «Экологическая ихтиопаразитология» для студентов биологических и экологических специальностей университетов.
Полученные данные по практическому применению зообентоса и зоопланктона как важнейших составляющих кормовой базы рыб разнотипных водных объектов имеют большой практический интерес для рыбного хозяйства в качестве биологической основы определения общего допустимого улова (ОДУ); для гидробиологов, экологов и специалистов по охране окружающей среды при проведении мониторинга биогенного, органического и токсического загрязнения водных объектов Западной Сибири, однотипных с изученными.
Практическое значение имеют разработанный нами региональный биотический индекс и выявленные индикаторные группы гидробионтов для биоминиторинга равнинных водотоков бассейна Верхней Оби.
Результаты проводимых нами исследований использовались производственными и проектными организациями (Верхнеобьрыбвод, г. Новосибирск; Алтайрыбпром и Комитет по охране природы Алтайского края, г. Барнаул) при выполнении научных работ федерального и регионального уровней. Результаты наших работ использованы при написании отчетов по проводимым НИР (по направленному формированию видового состава и управлению численностью популяций рыб в Чано-Барабинских озерах; по разработке системы мероприятий, обеспечивающих восстановление и увеличение рыбных запасов Чано-Барабинской системы озер; по рыбохозяйственному исследованию озерного фонда Новосибирской области с целью организации на них товарного выращивания рыбы; по прогнозу изменения рыбных ресурсов оз. Чаны до 2000 года с учетом антропогенных факторов и др.).
Защищаемые положения:
1. В мониторинговых исследованиях природных вод перспективно использование зообентоса как наиболее долгоживущего и стационарного донного водного сообщества и зоопланктона в качестве представителя сообщества толщи воды. Предпочтительными при этом параметрами зооцено-
зов являются структурные (таксономический состав, уровень биоразнообразия, набор индикаторных видов, соотношение отдельных групп сообщества) и функциональные (биопродуктивность, динамика численности и биомассы).
Определяющее значение в составе зообентоса исследованных пресноводных объектов имеют личинки насекомых и олигохеты, в солоноватом озере Чаны - хирономиды. Поэтому наиболее показательными для биоиндикации экологического состояния являются система Вудивисса, хирономид-ный индекс В.Е. Балушкиной, олигохетный Гуднайта-Уитлея и система са-пробности Пантле-Бука, основанные на учете качественного и количественного развитя индикаторных организмов.
В составе зоопланктона исследованных вод решающее значение имеют коловратки, ветвистоусые и веслоногие раки. Качественные (число видов, индексы биоразнообразия, характер индикаторных организмов) и количественные (продукция, биомасса, численность) параметры развития, соотношение основных групп (кладоцерно-копоподный индекс) зоопланко-ценозов могут быть использованы для определения экологического статуса водного объекта.
Для генетического мониторинга перспективно исследование полиморфизма (хромосомного и геномного) природных популяций хирономид как самого массового представителя водных сообществ всех исследованных водных объектов.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на: XIII международном Энтомологическом конгрессе (Москва, 1969); межрегиональной научной конференции "Круговорот веществ и энергии в водоемах (Лиственичное - на Байкале, 1976); IV съезде ВГБО (Киев, 1981); XX пленуме Ихтиологической комиссии (Новосибирск, 1986); региональной конференции «Ресурсы животного мира Сибири» (Новосибирск, 1990); научной конференции «Рыбопродуктивность озер Западной Сибири» (Новосибирск,
1991); всероссийской конференции «Биологические ресурсы и проблемы развития аквакультуры на водоемах Урала и Западной Сибири» (Тюмень,
1996); региональной конференции «Задачи и проблемы развития рыбного хозяйства водоемов Сибири» (Томск, 1996); международной конференции «Биологическое разнообразие животных Сибири»; всероссийской конференции «Состояние водных экосистем Сибири и перспективы их использования» (Томск, 1998); IV и V региональных конференциях «Особо охраняемые природные территории Алтайского края и сопредельных территорий» (Барнаул, 1999, 2002); II всероссийской конференции «Экологический риск» (Иркутск, 2001); 1 межрегиональной конференции паразитологов (Новосибирск, 2002); всероссийской конференции "Современные проблемы водной токсикологии" (Борок, 2002); 11 международном симпозиуме" Экологически эквивалентные и экзотические виды гидробионтов в Великих и Больших
озерах мира" (Улан-Уде, 2002); международной конференции "Новые технологии в защите биоразнообразия в водных экосистемах" (Москва. 2002); юбилейной международной конференции "Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве и растениеводстве" (Барнаул, 2003); 11 международной конференции "Биоразнообразие и роль зооценоза в естественных и антропогенных экосистемах" (Днепропетровск, 2003); международной конференции "Трофические связи в водных сообществах" (Бо-рок, 2003). Материалы работы легли в основу читаемых автором в течение многих лет специальных курсов «Общая гидробиология», «Биоэкологический мониторинг пресных вод», «Большой экологический практикум» и «Экологическая ихтиопаразитология» для биологических и экологических специальностей вузов.
Публикации. По теме диссертации выполнено 54 печатных, 11 рукописных (разделы отчетов по НИР) и 11 научно-методических работ.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 264 страницах и состоит из введения, 9 глав, заключения, выводов, 6 приложений. Работа иллюстрирована 46 рисунками и 32 таблицами. Список использованной литературы включает 424 источника, в том числе 117 на иностранных языках.
