Фауна и экология донных беспозвоночных лососевых рек урала и тимана 03. 00. 16- экология

Вид материала

Автореферат

Содержание Ривьер Ирина Константиновна Яковлев Валерий Анатольевич Общая характеристика работы Цель и задачи исследования. Основные положения, выносимые на защиту Научная новизна Теоретическая и практическая значимость. Апробация работы. Личный вклад. Структура и объем работы. Содержание работы Глава 2. материал и методика исследований Глава 3. водная растительность Глава 4. зоопланктон Глава 5. донные беспозвоночные Gammarus lacustris 5.2. Распределение донных беспозвоночных в русле рек Lemanea, не отличаются видовым разнообразием. Основу населения первого биотопа в июне-июле составляют мошки Simulium decimatum 5.3. Сезонная и межгодовая динамика зообентоса. 5.4. Донные беспозвоночные отдельных лососевых рек. ... Полное содержание

Подобный материал:

• Фауна, биология и экология рода anopheles mg. (Сем. Culicidae) в прибрежных экосистемах, 1214.31kb.
• Программа курса Методика организации курса \"Экология Тамбовской области\", 78.43kb.
• Экология Вопросы к зачёту, 25.45kb.
• Птицы селитебных ландшафтов северной части центральной азии (фауна, население и экология), 1158.65kb.
• Лекция 1 Что такое экология. Разделы экологии Термин «экология», 148.25kb.
• Тематика лекций (Наименование тем, содержание, объём в часах) № п/п, 74.97kb.
• Экология как наука Экология, 193.74kb.
• Промышленная экология) учебно­-методический комплекс по дисциплине Прикладная экология, 384.12kb.
• Библиографический указатель книг, поступивших в библиотеку в декабре 2011, 2435.14kb.
• Комплексы беспозвоночных-сапрофагов в лесных экосистемах Кольского Севера 03. 00., 652.44kb.

На правах рукописи

ШУБИНА Виолетта Николаевна

ФАУНА И ЭКОЛОГИЯ ДОННЫХ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ ЛОСОСЕВЫХ РЕК УРАЛА И ТИМАНА


03.00.16- экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Сыктывкар

2007


Работа выполнена в лаборатории ихтиологии и гидробиологии Отдела экологии животных Института биологии Коми научного центра Уральского отделения

Российской академии наук

Официальные оппоненты:	доктор биологических наук, старший научный сотрудник Ривьер Ирина Константиновна
	доктор биологических наук, доцент Юркина Елена Вениаминовна
	доктор биологических наук, профессор Яковлев Валерий Анатольевич

Ведущая организация

Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН

Защита диссертации состоится 24 октября 2007 г. в 14³⁰ часов на заседании диссертационного совета Д 004.007.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора биологических наук при Институте биологии Коми научного центра УрО РАН по адресу: 167982, г. Сыктывкар, ГСП-2, ул. Коммунистическая, 28.


Отзывы на автореферат просим высылать по адресу: 167982, г. Сыктывкар,

ул. Коммунистическая, д. 28, Институт биологии

Факс: (8212) 24-01-63

Е-mail: dissovet@ib.komisc.ru

Сайт: www.ib.komisc.ru


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Коми научного центра УрО РАН по адресу 167982, г. Сыктывкар, ГСП-2, ул. Коммунистическая, 24.


Автореферат разослан " " 2007 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор биологических наук


А.Г.Кудяшева


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность исследования. Горные регионы Северо-Востока европейской части России: Тиманский кряж (Тиман), западные склоны Северного и Приполярного Урала – из-за труднодостyпности долгое время не подвергались хозяйственному освоению. В результате значительная часть их водотоков сегодня сохраняет естественный режим. Это – прежде всего реки Северного и Приполярного Урала, протекающие по особо охраняемым территориям национального парка “Югыд ва” и Печоро-Илычского государственного заповедника, которые в 1995 г. включены в списки Всемирного наследия ЮНЕСКО. На Тимане также выделен целый комплекс разного рода заказников и памятников природы (Кадастр охраняемых …, 1993).

Фауна Урала и Тимана издавна привлекает отечественных и зарубежных специалистов своей специфичностью, особенностями эволюционного развития, связанными со сложной геологической историей и географическим положением этих территорий. Инвентаризация фауны дает ценный материал для обсуждения вопросов экологии, зоогеографии и истории ее формирования, для общего познания структуры и динамики естественных биоценозов горных рек.

Особая ценность территорий Северного, Приполярного Урала и Тимана в том, что они входят в естественный ареал атлантического лосося Salmo salar Linné (семги). Водотоки Тимана и западного склона Урала, принадлежащие бассейнам крупных северных рек: Печора, Северная Двина и Мезень – водоемы высшей рыбохозяйственной категории; здесь воспроизводятся крупнейшая в мире печорская, часть северодвинской и мезенской популяций лосося, а их молодь в этих реках нагуливается 3–4 года. По определению В. Я. Леванидова (1981), реки, в которых идет нерест и нагул лососей, носят название лососевых. На европейском Северо–Востоке России водотоки, где воспроизводится семга, называются еще семужье–нерестовыми. В них обитают также и другие ценные виды рыб: сиг–пыжьян, европейский и сибирский хариусы, арктический голец и др. Актуальными становятся исследования в лососевых реках донных беспозвоночных, как основы их населения и главной пищи живущих здесь рыб.

Лососевые реки Урала и Тимана с чистой пресной водой благодаря своей многоводности играют определяющую роль в формировании гидрологического и гидрохимического режимов рек: Печора, Северная Двина, Мезень, в сохранении разнообразия их водных сообществ и в поддержании стабильной экологической обстановки в обширных регионах Белого и Баренцева морей. Только благодаря чистоте вод уральских и тиманских притоков качество воды в магистральных руслах главных рек еще не достигло критического состояния.

Богатейшие запасы природных ресурсов (лес, уголь, нефть, газ, бокситы, золото, алмазы и др.) в сочетании с относительной близостью к индустриально развитым районам России явились предпосылкой для формирования в данном регионе Тимано–Печорского территориально–производственного комплекса. И несмотря на то, что значительная часть бассейнов рек Урала и Тимана включена в систему особо охраняемых территорий, здесь в последние годы ведутся различного рода хозяйственные работы, резко возрастают масштабы многофакторного антропогенного воздействия на водотоки, что ведет к загрязнению и ухудшению качества вод. Возрастающие темпы эксплуатации природных ресурсов в исследованных регионах, настоятельная необходимость сохранения чистоты вод и повышения их рыбопродуктивности, трудные и неотложные задачи прогнозирования изменений водотоков под антропогенным влиянием требуют хорошего знания экологических особенностей водных экосистем. Кроме того в составе фауны лососевых рек Северо–Востока европейской части России немало ценных видов, которые нуждаются в особой охране, такая же мера необходима и в отношении водных экосистем. В случае, если не будут приняты срочные меры по сохранению и рациональному использованию водотоков, как природных комплексов, то они либо потеряют значение лососевых, либо заметно снизят продуктивность по данному признаку, либо, наконец, совсем станут мало пригодными для рыбного хозяйства (Сидоров, 1995).

В работе обобщены и систематизированы результаты почти пятидесятилетних гидробиологических исследований лососевых рек Урала и Тимана, которые были частью комплексных работ лаборатории ихтиологии и гидробиологии при разработке многих плановых научно–исследовательских тем Института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН, при выполнении российских и региональных целевых программ (“Биоразнообразие”, “Фундаментальные основы управления биологическими ресурсами”, “Инвентаризация биологического разнообразия особо охраняемых природных территорий Республики Коми”), российско–голландского проекта “Интегрированная система управления бассейном реки Печора–PRISM” и ряда хоздоговорных работ (”Урал”, “Коми Алюминий”, “Боксит Тимана” и др.).

Цель и задачи исследования. Целью исследования было устранение существенных пробелов в изучении экологии и фауны беспозвоночных в лососевых реках Северо-Востока европейской части России. Основная цель исследований состояла в выявлении общих закономерностей формирования донных беспозвоночных в лососевых реках Тиманского кряжа и западных склонов Северного и Приполярного Урала. Поставленная цель определила необходимость решения следующих задач:

1. Разработать методику по отбору проб бентоса и дрифта донных беспозвоночных в горных реках;

2. Оценить роль различных экологических факторов в распределении донных беспозвоночных в лососевых реках Северо-Востока европейской части России;

3. Выявить видовой состав зообентоса водотоков Урала и Тимана, провести его эколого–зоогеографический анализ;

4. Установить количественные показатели донных беспозвоночных в крупных лососевых реках Урала и Тимана; изучить их сезонную и межгодовую динамику;

5. Проанализировать миграции донных организмов в лососевых реках;

6. Получить сведения о роли донных беспозвоночных в питании основных видов рыб лососевых рек; на примере ручейников, доминирующих в пище хариуса и молоди семги, рассмотреть пищевые взаимоотношения этих видов рыб;

7. Выявить последствия хозяйственной деятельности на донное население исследованных водотоков.

Достижение поставленной цели и решение выдвинутых задач обеспечивались маршрутными и стационарными гидробиологическими исследованиями, проведенными в 1958–2006 гг. на водотоках, стекающих с Тиманского кряжа и западных склонов Уральских гор и входящих в систему основных лососевых притоков крупных европейских рек: Печора, Мезень и Северная Двина.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Видовое богатство и особенности распределения донных беспозвоночных по биотопам в водотоках горных областей Северо-Востока европейской части России, регионов с экстремальными природно–климатическими условиями;

2. Межгодовые колебания в соотношениях доминирующих по биомассе отрядов амфибиотических насекомых в период открытой воды и сравнительная стабильность биомассы общего зообентоса за этот период; рост и развитие ведущих видов донных беспозвоночных в подледный период;

3. Необходимость охраны фауны лососевых рек Урала и Тимана, входящих в естественный ареал атлантического лосося (семги) и поставляющих чистые воды в магистральные русла основных рек европейского Севера: Печоры, Северной Двины и Мезени.

Научная новизна состоит из следующих моментов:

– Получены сведения о структуре и количественном развитии донных биоценозов лососевых рек Урала и Тимана, о распределении донных беспозвоночных в горных реках в зависимости от типа грунта, от наличия различных растительных обрастаний на галечно-валунных грунтах, от скорости течения, от глубины, от зонального распределения, от минерализации вод. Показатели количественного развития донных беспозвоночных лососевых водотоков Урала и Тимана свидетельствуют о средней биологической продуктивности дна лососевых рек европейского Севера.

– По результатам инвентаризации донного населения лососевых рек Тимана и Урала установлено более 500 видов водорослей, 58 видов мохообразных и свыше 840 видов беспозвоночных. Подавляющее большинство видов растений и беспозвоночных указывается для исследованных регионов впервые. Проведен эколого–фаунистический и зоогеографический анализ донных беспозвоночных. Выявлено высокое видовое сходство – 60% по Серенсену – фауны водотоков Урала и Тимана.

– Впервые для лососевых рек исследованных регионов получены материалы по сезонной и межгодовой динамике зообентоса в зависимости от температурного режима.

– Впервые в лососевых реках Северо-Востока европейской части России изучены сезонные и суточные миграции донных беспозвоночных.

– В пищевом рационе главных рыб исследованных регионов: сига, хариуса и молоди семги, основная роль принадлежит доминирующим в донных речных сообществах поденкам, веснянкам, ручейникам и двукрылым, изменение доли которых по числу особей и биомассе носит сезонный и межгодовой характер, а также зависит и от возраста рыб. Проанализирован видовой состав ручейников в питании хариуса и молоди семги и на его примере выявлена большая степень совпадения пищи этих видов рыб (по Шорыгину – до 70%) в конце летней межени и осенью.

– Впервые изложены результаты негативных последствий хозяйственной деятельности на зообентос рек Урала и Тимана. Усиливающаяся с каждым годом на лососевые водотоки этих регионов антропогенная нагрузка ведет к бесконтрольному обеднению водного населения, к снижению его видового разнообразия и как следствие – к снижению стабильности водных экосистем.

Теоретическая и практическая значимость. Представленная к защите работа вносит вклад в изучение закономерностей формирования донных беспозвоночных горных рек Урала и Тимана. Результаты, анализ, обобщение многолетних фактических данных по бентосу и питанию рыб, вытекающие из них положения служат основой для оценки продуктивности лососевых рек европейского Северо–Востока России и позволяют определить потенциальные возможности в естественном воспроизводстве рыб. Инвентаризация фауны дает ценный материал для обсуждения вопросов экологии, биогеографии и истории формирования водного населения этих регионов, служит основой для общего познания структуры и динамики естественных биоценозов горных рек.

Полученные в результате исследований биологические материалы служат обоснованием для природоохранных разделов инженерных проектов и при проведении экологических экспертиз. Сведения о кормовых ресурсах рыб привлечены для расчета ущерба, нанесенного рыбному хозяйству р. Печора добычей полезных ископаемых (золота) в долинах лососевых рек Приполярного Урала, для расчета ущерба, нанесенного рыбному хозяйству р. Вымь (бассейн р. Северная Двина) в районе разработок бокситовых месторождений на Тимане. Полученные данные вошли в раздел “Охрана вод“ ТЭО перераспределения стока северных рек, использованы для разработки практических мероприятий по рыбному хозяйству Республики Коми, для ведения государственного кадастра “Особо охраняемые природные территории Республики Коми”, для разработки ТЭО проекта строительства глиноземного комплекса в бассейне р. Ижма (Тиманский кряж), использованы для выполнения российских и региональных целевых биологических программ.

Совместно с ихтиологами лаборатории ихтиологии и гидробиологии Института биологии Коми НЦ УрО РАН представлен комплекс исходных данных для разработки биотехники искусственного разведения печорской семги (Биологические основы воспроизводства печорской семги, 1982). Дан ряд рекомендаций по рационализации природопользования уникального Уральского региона (Влияние горных разработок на лососевые реки Урала, 1989), по использованию его в рекреационных целях, для обоснования организации здесь национального парка “Югыд ва”. На основании полученных биологических данных уточнены границы некоторых ранее выделенных О. С. Зверевой (1969) гидробиологических районов Республики Коми.

Полученные материалы позволяют судить о тех изменениях, которые внес человек в биологию рек в сравнении с недавним прошлым, это – база для организации мониторинговых работ за состоянием кормовых ресурсов рыб, удобный объект для диагностирования ранних признаков антропогенных изменений водных экосистем. Ценность этих данных с годами будет возрастать.

Методики и результаты исследований используются в учебном процессе при чтении лекционных курсов по экологии водных беспозвоночных на химико–биологическом факультете Сыктывкарского госуниверситета, где при консультациях и руководстве автора студенты выполняли работы, по материалам которых опубликованы статьи, защищены курсовые и дипломные проекты.

По результатам исследований автором написаны очерки для “Красной книги Республики Коми“ (1998), “Энциклопедии Республики Коми” (1997, 1999, 2000), для книг ”Национальный парк Югыд ва” (2001), “Virgin forests of Komi. The UNESKO World cultural and Natural heritage site” (2006).

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены и обсуждены: на II–V Коми республиканских научных конференциях (Сыктывкар, 1967, 1969, 1970, 1972), III, IV и VI съездах Всесоюзного гидробиологического общества (Рига, 1976; Киев, 1981; Мурманск, 1991), на VIII–XI, XIII сессиях Ученого совета и на I–IV (XXIV–XXVII) Международных конференциях по проблеме “Биологические ресурсы Белого моря и внутренних водоемов Европейского Севера” (Петрозаводск, 1969, 1974, 1981, 1995, 1999; Сыктывкар, 1977, 1990, 2003; Вологда, 2005), на IX симпозиуме “Биологические проблемы Севера” (Сыктывкар, 1981), на региональных совещаниях гидробиологов Урала “Биологические ресурсы водоемов Урала, их охрана и рациональное использование” (Пермь, 1983; Свердловск, 1989), на заседании кафедры гидробиологии Московского университета (Москва, 1986), на ”Cимпозиуме по атлантическому лососю” (Cыктывкар, 1990), на Всероссийском совещании “Экологические проблемы Севера Европейской территории России” (Апатиты, 1996), на Международном симпозиуме “Symposium Climate Сhange Effects on Northern Terrestrial and Freshwater Ecosystems” (Rovaniemi, 1997), на Первом Всероссийском конгрессе ихтиологов (М., 1997), на Всероссийской конференции ”Беспозвоночные животные Южного Зауралья и сопредельных территорий” (Курган, 1998), на Международных конференциях и выездных научных сессиях отделения Общей биологии РАН “Антропогенное воздействие на природу севера и его экологические последствия” (Апатиты, 1998) и “Биологические основы изучения, освоения и охраны животного и растительного мира, почвенного покрова Восточной Фенноскандии” (Петрозаводск, 1999), на Международных научных конференциях “Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий” (Оренбург, 2001, 2006), “Биоразнообразие и управление ресурсами животного мира в условиях хозяйственного освоения европейского Севера” (Сыктывкар, 2002), “Инновации в науке и образовании – 2005” (Калининград, 2005), на научно–практической конференции “Проблемы особо охраняемых природных территорий европейского Севера” (Сыктывкар, 2004), на II и III Всероссийских симпозиумах “Фауна, вопросы экологии, морфологии и эволюции амфибиотических и водных насекомых России” (Воронеж, 2004, 2006), на Всероссийской конференции с международным участием “Академическая наука и ее роль в развитии производительных сил в северных регионах России” (Архангельск, 2006).

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 119 работах, в том числе в двух личных монографиях, шести монографиях (в соавторстве), в 3–х томной “Энциклопедии Республики Коми” (Сыктывкар, 1997, 1999, 2000), в “Красной книге Республики Коми" (1998), в книгах: “Национальный парк Югыд ва” (2001) и “Virgin forests of Komi. The UNESKO World cultural and Natural heritage site” (2006), а также в восьми статьях рецензируемых отечественных журналов, в ряде статей тематических сборников, в материалах конгресса, съездов, совещаний, конференций, симпозиумов.

Личный вклад. Автором собрано и обработано 80% объема материала (пробы бентоса, дрифта беспозвоночных и пищевые пробы рыб), выполнено видовое определение 50 тысяч экземпляров донных беспозвоночных: полностью всех сборов ручейников, частично хирономид и моллюсков, проведены экспериментальные работы по методике отбора проб бентоса и дрифта, по заселению грунта донными беспозвоночными, собраны пробы планктона и гербарий высших водных растений, рассчитаны для таблиц, графиков и приложений все количественные показатели планктона, бентоса, дрифта донных беспозвоночных, сделаны расчеты по питанию рыб. Впервые на лососевых водотоках европейского Северо–Востока России автором изучены миграции донных гидробионтов, проведены стационарные сезонные и многолетние исследования бентоса.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, 8 глав, заключение, выводы, список литературы и приложение. Список литературы насчитывает 339 наименований (из них 55 на иностранных языках). Имеется 55 приложений. Основной текст содержит 33 рисунка и 129 таблиц. Общий объем диссертации составляет 469 страниц.


СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


ГЛАВА 1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БАССЕЙНОВ ЛОСОСЕВЫХ РЕК УРАЛА И ТИМАНА


Бассейны исследованных лососевых рек расположены на Северо–Востоке европейской части России на территории Тиманского кряжа, горной полосы и западных предгорий Уральского хребта и Печорской равнины. Горная полоса Урала – наиболее возвышенная часть северо-востока Европы, служит водоразделом между бассейнами европейской р. Печора и азиатской р. Обь, сильно расчленена сетью речных долин, распадаясь на отдельные хребты. Тиманский кряж в сравнении с Уральским хребтом – более древнее, сильно разрушенное, складчатое горное сооружение, которое отличается значительно меньшими высотами и меньшей врезанностью долин водотоков.

Уральский хребет и Тиманский кряж образуют на пути влагонесущих западных и юго-западных воздушных потоков своеобразный орографический барьер, являющийся мощным собирателем атмосферной влаги. В результате исследованные бассейны рек находятся в зоне избыточного увлажнения. Климат здесь континентальный и характеризуется относительно малым притоком солнечной энергии, определяющей тепловой баланс. Зима длится до семи месяцев, лето – 2–2.5 месяца. Положение рек в высоких широтах создает благоприятные световые условия – длинный день, в результате чего летом наблюдается высокий уровень солнечной радиации, который в определенной степени компенсирует малую продолжительность вегетационного периода. Относительно суровый климат определяет низкий термический режим исследованных водотоков в течение года. Среднемесячная температура воды в реках Северного Урала в период открытой воды равна 7.8^оС (в летнюю межень – 13.8^о), в реках Приполярного Урала – 6.9^о (в летнюю межень 12.8^о), в реках Тиманского кряжа – 8.7^о (в летнюю межень 14.6^о). Средняя продолжительность ледостава 191 (161–223) день.

По гидрологическому районированию (Братцев, Вяткина, 1964), исследованные реки принадлежат Горноуральскому и Тиманскому округам. Питание рек в Горноуральском округе: снеговое 55 %, дождевое – 25–30, подземное – 15–20; в Тиманском округе: снеговое – 45–50 %, дождевое – 23–25, подземное – 25–32. Лососевые реки Урала и Тимана характеризуются низкой естественной мутностью воды, обусловленной особенностями геологического строения, ненарушенным почвенно-растительным покровом и низкой русловой эрозией рек, врезанных в коренные породы. Среднегодовая ее величина не превышает 10, в меженный период – 2–4 г/м³.

Лососевые реки Урала имеют минерализацию вод, близкую к 100 мг/л, относящуюся к гидрокарбонатному классу группы кальция. В питании большинства тиманских рек в сравнении с уральскими значительную роль играют грунтовые воды коренных пород, которые обусловливают не только повышенную минерализацию (до 800 мг/л), но и своеобразный солевой состав их вод (высокое содержание сульфатов, хлоридов). Однако на территории Тимана зарегистрированы также реки или их участки с невысокой минерализацией вод. Химический состав вод исследованных рек свидетельствует о хорошем природном качестве: высокая насыщенность кислородом (свыше 100 %), слабощелочная реакция среды 7.0–8.4, низкое природное содержание органических веществ и свободной углекислоты (Власова, 1988).

Почти 90 % площади дна исследованных рек занимают стабильные грунты, представленные валунами и галечником. Песок небольшими участками скапливается среди камней прибрежья и в медиали за крупными валунами, иногда в малом количестве откладывается на поверхности галечно-валунных грунтов. На плесах и в прибрежье перекатов на дне оседает тонким слоем ил. На перекатах и порогах исследованных водотоков средняя скорость течения составляет 0.6-0.9, максимально достигает 3 м/с, на плесах она редко превышает 0.5 м/с.