Зоопланктон разнотипных водных экосистем бассейна верхней оби

Вид материала

Автореферат

Содержание Е.В. Пищенко Общая характеристика работы Целью работы Задачи исследования Основные положения, выносимые на защиту Научная новизна Практическая значимость Апробация работы. Структура и объем диссертации. Глава 2. Факторы формирования зоопланктона исследованных озер и рек бассейна Верхней Оби Глава 3. Материалы и методы исследования Водный объект Горные озера Предгорные озера (3) Горные реки Истоки р. Оби Притоки р. Оби 4.2. Телецкое озеро. 4.3. Предгорные озера. 4.4. Равнинные озера ... Полное содержание

Подобный материал:

• Экология зоопланктона разнотипных водоемов бассейна Верхней Волги, 761.39kb.
• Водные ресурсы поверхностные воды, 682.11kb.
• О проведении общественных обсуждений проектов: «Схема комплексного использования, 28.84kb.
• Рекомендации Международной научной конференции «Современное состояние водных биоресурсов, 132.94kb.
• Сводный доклад «Варианты программ мероприятий по достижению целевого состояния речного, 457.25kb.
• Алимов А. Ф., М. И. Орлова, В. Е. Панов. 2000, 130.41kb.
• Почвенный покров экосистем бассейна реки деймы, 524.18kb.
• Микробиологическая индикация загрязнения реки амур ароматическими углеводородами, 408.63kb.
• Реферат на тему, 203.58kb.
• Инвестиционный паспорт муниципального образования город Камень-на-Оби Алтайского края, 1205.33kb.

На правах рукописи


БурмистрОВА Ольга Сергеевна


ЗООПЛАНКТОН РАЗНОТИПНЫХ водных экосистем

БАССЕЙНА ВЕРХНЕЙ ОБИ


Специальность 03.00.16 – Экология


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук


Новосибирск – 2009

Работа выполнена в Институте водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук


Научный руководитель: кандидат биологических наук Н.И. Ермолаева


Официальные оппоненты: доктор биологических наук

доцент Е.В. Пищенко

доктор биологических наук доцент

В.И. Романов


Ведущая организация: Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН п. Борок Некоузского района Ярославской области


Защита диссертации состоится “17”_декабря_2009 г. в “10” часов на заседании диссертационного совета Д 220.048.03 при ФГОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет» по адресу: ул. Добролюбова, 160, г. Новосибирск, 630039

Тел./факс (383) 264-29-34, e-mail: norge@ngs.ru


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет» и на сайте ru


Автореферат разослан “_17_”_ноября__2009 г.


Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук Маренков В.Г.

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Зоопланктон – один из важнейших элементов водных экосистем. Его состав, структура и уровень развития определяют направление и интенсивность потоков вещества и энергии в водотоках и водоемах. Многие планктонные животные совершают вертикальные миграции, что способствует переносу веществ между различными слоями воды. Зоопланктон – одно из звеньев трофической цепи в экосистеме, в том числе – важный кормовой объект для зообентоса и рыб. Знание состава и структуры зоопланктона позволяет использовать его в качестве системы уровня сообществ в индикационных целях при диагностике состояний экосистем как стадий их естественного развития и при оценке изменений этого процесса под влиянием антропогенных факторов.

Зоопланктон как экологическое сообщество беспозвоночных животных характеризуется относительным постоянством видового состава, динамической устойчивостью, структурно-функциональной организацией в естественных условиях. Изменения состава и структуры зоопланктона, которые можно заметить лишь с течением времени, происходят как в результате природных процессов, так и в результате хозяйственной деятельности человека.

Таксономический состав, численность и биомасса зоопланктона бассейна Верхней Оби (от слияния рек Бии и Катуни до Новосибирского водохранилища) подробно изучены только в крупных водотоках (р. Обь) и водоемах (оз. Телецкое) (Шевелева и др., 2007). Однако даже для таких крупных объектов данные о сезонной и межгодовой динамике недостаточны. Зоопланктон средних и малых водотоков и водоемов (Веснина, 2002), особенно его структурно-функциональные характеристики, изучен в гораздо меньшей степени.

Целью работы является изучение таксономического состава, пространственного распределения и сезонной динамики зоопланктона разнотипных водных экосистем бассейна Верхней Оби.

Задачи исследования

1. Выявить таксономический состав и структуру зоопланктона разнотипных водотоков и водоемов.

2. Охарактеризовать пространственное распределение видового состава зоопланктона озер и рек.

3. Изучить сезонную динамику численности и биомассы зоопланктона.

4. Оценить трофический статус и уровень органического загрязнения изученных водных объектов по структурным характеристикам зоопланктона.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Из 170 видов и форм, выявленных в составе зоопланктона водоемов и водотоков бассейна Верхней Оби, включая 70 – Rotatoria, 56 – Cladocera и 44 – Copepoda, обнаружено 57 новых для бассейна видов зоопланктона.
   
2. Водные экосистемы бассейна Верхней Оби различаются по таксономическому составу зоопланктона в зависимости от типа объекта (река, озеро), его географического расположения, разнообразия биотопов и степени гидрологического единства.
   
3. При распределении по типам водных объектов таксономического состава зоопланктона определены разные приоритетные факторы для основных групп животных (Rotatoria, Cladocera и Copepoda). Для отрядов Cladocera и Copepoda одним их основных факторов является движение воды, для отряда Copepoda – высотное положение водного объекта, для отряда Cladocera – разнообразие биотопов, для класса Rotatoria – степень гидрологической связи водных экосистем.
   
4. На степень эвтрофикации водного объекта влияет его морфология, высотное положение и уровень антропогенной нагрузки.
   

Научная новизна

Дополнены сведения по составу и структуре зоопланктона водных объектов бассейна Верхней Оби, в результате чего видовой список зоопланктона расширился на 57 видов. Подробно изучен п/отряд Harpacticoida: обнаружено десять ранее не указанных для региона видов. Выявлено, что изменения видового состава зоопланктона зависят от географического положения и типа водного объекта, приоритетными факторами для количественного развития зоопланктона, являются морфологические показатели водоема, а не его высотное расположение. Впервые получена круглогодичная динамика численности и биомассы зоопланктона р. Оби и нижнего течения рек Большой Лосихи и Чесноковки, что позволяет оценить сезонные изменения в зоопланктоне других речных экосистем Верхней Оби.

Практическая значимость

Полученные данные об особенностях состава и структуры зоопланктона дают основу для оценки качества воды и разработки рекомендаций по экологичесому мониторингу и использованию водных и биологических ресурсов озер и рек бассейна Верхней Оби. На основании материалов диссертации дана оценка состояния экосистемы озер Колыванского и Белого для научного обоснования создания природного парка «Горная Колывань». Данные по зоопланктону Телецкого озера включены в «Летопись природы Алтайского государственного заповедника».

Материалы работы использованы в курсе «Экология» и спецкурсах «Биологическая оценка воздействия на окружающую среду», «Оценка воздействия на водные экосистемы бассейна Оби», «Экологический мониторинг и экологическая экспертиза» в Алтайском государственном университете.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на: Всероссийской конференции с участием зарубежных ученых – «Сибирской зоологической конференции» (г. Новосибирск, 2004); Первой межрегиональной научно-практической конференции, «Горные экосистемы Южной Сибири: изучение, охрана, рациональное природопользование» (г. Барнаул, 2005); Международной научной конференции «Водная экология на заре XXI века» (г. Санкт-Петербург, 2005); IV, V и VI конференциях молодых ученых ИВЭП СО РАН (г. Барнаул, 2004-2006 гг.); V конференции молодых ученых СО РАН (г. Новосибирск, 2007); III Международной научной конференции «Озерные экосистемы: биологические процессы, антропогенная трансформация, качество воды» (г. Минск-Нарочь, 2007); Международной конференции «Биоразнообразие, проблемы экологии Горного Алтая и сопредельных регионов: настоящее, прошлое, будущее» (г. Горно-Алтайск, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе две в журналах из Перечня ВАК. Данные по таксономическому составу и структуре зоопланктона получены лично соискателем (за исключением данных о высокогорных озерах, обработанных Н.И. Ермолаевой), и опубликованы в соавторстве с научным руководителем и сотрудниками Лаборатории водной экологии.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 221 странице, состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, включающего 429 источников (57 – на иностранных языках), содержит 33 таблицы, 38 рисунков и три приложения.

Глава 1. Зоопланктон как элемент водных экосистем

На основе литературных источников дана оценка изученности зоопланктона водных объектов бассейна Верхней Оби. Указано, что видовой состав и количество зоопланктона верховьев Оби изучены недостаточно полно. Обоснована необходимость уточнения таксономическго состава и структурно-функциональных характеристик зоопланктона для многих малых и средних водных объектов бассейна Верхней Оби.

Глава 2. Факторы формирования зоопланктона исследованных озер и рек бассейна Верхней Оби

Бассейн Оби принято делить на следующие участки: верховья (от истоков рек Бии и Катуни до их слияния), Верхняя Обь (от слияния Бии и Катуни до Новосибирского водохранилища), Средняя Обь (от Новосибирского водохранилища до устья Иртыша) и Нижняя Обь (от впадения Иртыша до Обской губы) (Вострякова и др., 1983). Длина Верхней Оби составляет 493 км, площадь бассейна 209,5 тыс. км².  Бассейн Верхней Оби расположен в зоне бореального степного климата, который характеризуется холодной зимой и теплым летом. Осадки выпадают неравномерно. Максимальный прогрев воды наблюдался в июле-августе. Вода р. Оби имеет нейтральную или слабощелочную реакцию (рН 7,0-7,8) (Петкевич, Иоганзен, 1958). В фитопланктоне р. Оби в окрестностях г. Барнаула наиболее разнообразны по числу видов диатомовые водоросли (Кириллова, Митрофанова, 2002).

Притоки р. Оби по морфологии и физико-химическим свойствам воды довольно разнообразны и могут быть разделены на три группы: истоки (реки Бия, Катунь), правые притоки (реки Большая Лосиха, Чесноковка) и левые притоки (р. Барнаулка). Притоки часто несут воду с более высокой минерализацией, чем в Оби (Петкевич, Иоганзен, 1958). В основном реки характеризуются преобладанием гидрокарбонатов.

Истоки р. Оби – это крупные горные реки. Сток Верхней Оби формируется в основном за счет Бии и Катуни. При слиянии доля Бии составляет 44%, Катуни – 56%. Специфический состав водорослей Катуни, отсутствие фитопланктона свидетельствует о низком потенциале биологического самоочищения этой реки (Сафонова, 1996; Ким, 2003). Площадь зарослей макрофитов р. Бии составляет менее 1% от площади русла реки (Зарубина, Дьячкова, 2004), донная фауна представлена реофильными видами (Неизвестнова-Жадина, 1929).

Притоки р. Оби относятся к рекам с весенним половодьем и летне-осенними паводками (Брюханов, Смирнова, 1989). Основу альгофлоры р. Большой Лосихи составляют отделы зеленых, диатомовых, эвгленовых и синезеленых (Романов, 2006). В фитопланктоне р. Барнаулки преобладают зеленые и диатомовые водоросли (Романов, Соловьева, 2000), по уровню развития зообентоса р. Барнаулка в верхнем и среднем течении соответствует мезотрофным и эвтрофным водотокам (Безматерных, 2003).

Озера бассейна Верхней Оби можно разделить на горные, предгорные и равнинные, различающиеся по площади акватории, глубине, солености, наличию зарослей макрофитов, составу и обилию гидробионтов.

Для высокогорных озер Горного Алтая характерны непродолжительный период открытой воды, низкие температуры, недостаточное количество биогенов. По гидробиологическим характеристикам эти озера - олиготрофные (Попов и др., 2003).

Оз. Телецкое – глубокий водоем тектонического происхождения (Селегей, Селегей, 1978). Пониженная температура воды, низкие концентрации биогенов и взвешенных веществ, перемешивание водной толщи до дна не способствуют повышенному развитию гидробионтов. По таксономическому разнообразию и обилию фитопланктона, фитоперифитона, зоопланктона, зообентоса, макрофитов Телецкое - типичное олиготрофное озеро с элементами мезотрофии на мелководьях в районах впадения крупных притоков (Кириллов и др., 2007).

Предгорные озера (Колыванское, Белое) мелководны, имеют подземное питание и сток, подвержены ветровому влиянию, характеризуются прогревом воды до дна, невысокой прозрачностью (Водоемы Алтайского края…, 1999). Озера богаты зарослями. Общая площадь зарослей макрофитов за последние 30 лет почти не изменилась (Дурникин и др., 2005), в зообентосе доминируют хирономиды и олигохеты (Яныгина, Крылова, 2006).

Равнинные озера (система р. Барнаулки) характеризуются неустойчивостью уровня воды. По солевому составу Барнаульские озёра относятся к группе среднеминерализованных озёр хлоридно-сульфатно-карбонатного типа (Иванова, 1962).


Глава 3. Материалы и методы исследования

В период с 1999 по 2005 гг. были исследованы 20 рек и 27 озер бассейна Верхней Оби (табл. 1). Всего отобрано и проанализировано 660 проб зоопланктона. Видовые списки Cladocera были уточнены сотрудниками Института проблем экологии и эволюции им. Севердцева – Н.М. Коровчинским, Н.Н. Смирновым и А.А. Котовым.

Таблица 1

Перечень водных объектов, период исследования и количество проб зоопланктона

Водный объект	Год исследования	Период исследования	Число проб
Горные озера
высокогорные озера (14)	1999-2001	июль	25
Телецкое озеро	2001, 2002, 2004	май-октябрь	337
Предгорные озера (3)	2003	июль-август	24
Равнинные озера (9)	2003	июнь, сентябрь	27
Горные реки
Притоки оз. Телецкого (14)	2001, 2004	май-октябрь	41
Истоки р. Оби
р. Бия	2002, 2005	июль-октябрь	30
р. Катунь (среднее течение)	2002, 2003	июнь, сентябрь	11
р. Обь в районе г. Барнаула	2001-2002	круглогодично	91
Притоки р. Оби
р. Чесноковка (нижнее течение)	2002	круглогодично	28
р. Большая Лосиха (нижнее течение)	2002	круглогодично	38
р. Барнаулка	2003	июнь, сентябрь	8

Сбор зоопланктона производили процеживанием 50-100 л воды через сеть Апштейна (ячея 112 × 112 мкм) или малую сеть Джеди. Пробы фиксировали четырехпроцентным формалином. Для оценки таксономического сходства исследованных водных объектов были рассчитаны меры включения и на их основе построен ориентированный мультиграф, также был применен кластерный анализ. Для получения интегральных характеристик сообществ рассчитывали индекс Шеннона (Н_бит.) (Шеннон, 1963), индекс сапробности Пантле и Букк (S) в модификации Сладечека (Sladechek, 1973). При определении трофического статуса водного объекта использовали видовое разнообразие, соотношение Rotatoria, Copepoda, Cladocera и видов – индикаторов различног уровня трофии: Е (Мяэметс, 1980) и Е/О (Hakkari, 1972); количество зоопланктона (Китаев, 1984, 1986), соотношение биомасс ракообразных и коловраток, зоопланктона и фитопланктона (Андроникова, 1996).

Глава 4. Таксономический состав и количество зоопланктона в водных экосистемах бассейна Верхней Оби в 1999-2005 годах

4.1. Высокогорные озера Горного Алтая. В составе зоопланктона высокогорных озер обнаружено 53 вида, преобладали Rotatoria (24). Наибольшие численность (471 тыс. экз./м³) и биомасса (9,02 г/м³) отмечены в озере-спутнике озера Гусиного, наименьшие – в озере-истоке р. Жомула (0,4 тыс. экз./м³ и 0,04 г/м³).

4.2. Телецкое озеро. За период исследований зоопланктона Телецкого озера выявлено 87 видов, преобладали Cladocera (38 видов). По всей акватории озера доминировали Bosmina longispina Leydig, Arcthodiaptomus bacilifer (Koelbel), Cyclops abyssorum Sars и Cyclops strenuus Fischer, которые были описаны как доминанты ещё первым исследователем (Sars, 1903) в 1901 г. и вошли в структурообразующий комплекс видов, выделенный Е.И. Зуйковой (1998). В целом отмечено увеличение числа видов и количества зоопланктона оз. Телецкого в период с мая по сентябрь с преобладанием крупных фитофильных форм на литоральных участках озера. В августе в литорали средние показатели численности в четыре, а биомассы в 15 раз были выше, чем в пелагиали (16,2±3,4 и 3,8±1,6 тыс. экз./м³; 3,5±1,3 и 0,24±0,11 г/м³).

4.3. Предгорные озера. В составе зоопланктона предгорных озер (Колыванское и Белое) в 2003 г. обнаружено 40 видов с преобладанием Cladocera (23 вида). Средние показатели численности (9,9±5,9 тыс. экз./м³) и биомассы (0,6±0,2 г/м³) зоопланктона оз. Колыванского в пелагиали заметно ниже, чем в прибрежной зоне (89,2±9,6 тыс. экз./м³ и 24,04±7,48 г/м³). В оз. Белом различий в количестве зоопланктона в пелагиали и прибрежной зоне нет, что можно объяснить сильным и частым волнением и отсутствием растительности на большей части озера. В зоопланктоне оз. Ая обнаружено 14 видов с преобладанием Cladocera (8). По численности и биомассе доминирует Bosmina longirostris (Muller).

4.4. Равнинные озера (на примере системы р. Барнаулки). В составе зоопланктона ряда озер в верхней части долины р. Барнаулки (Песьяное, Горькое, Зеркальное, Бахматовское, Песчаное) и озер в ее пойме (Вавилон, Шурокша, Степное, Сухое) отмечено 58 видов при преобладании Cladocera (26). Наибольшее количество зоопланктона отмечено в оз. Степном (163,8±39,9 тыс. экз./м³ и 6,8±0,1 г/м³). Практически все исследованные озера бассейна р. Барнаулки представлены сложной структурой сообщества (Н_бит. ≥2,5).

4.5. Притоки Телецкого озера. В зоопланктоне притоков Телецкого озера обнаружено 44 вида зоопланктона. Наименьшее число видов отмечено в мае 2004 г. – десять, наибольшее в августе 2004 г. – 31. Наибольшее значение численности (51 тыс. экз./м³) отмечено в р. Малые Чили (в июле 2004 г.), а биомассы (15,5 г/м³) – в р. Камге (в августе 2004 г.).

4.6. Истоки р. Оби – реки Катунь (среднее течение) и Бия. В составе зоопланктона среднего течения р. Катуни выявлено 17 видов. По числу видов преобладали Copepoda (7) и Rotatoria (6). Здесь обнаружено два вида Harpаcticoida. Сложная структура зоопланктона р. Катуни характерна у посёлков Куюс (1,9) и Еланда (2,3), однако численность и биомасса здесь малы. В составе зоопланктона р. Бии выявлено 46 видов. По числу видов преобладали Cladocera (27). В 2005 г. по сравнению с 2002 г. среднее число видов зоопланктона в пробе возросло (с 4,9±1,5 до 9,8±2,9), средние значения численности (6,4±5,6 и 7,6±5,0 тыс. экз./м³) и индекса Шеннона (1,6±0,3 и 1,1±0,4) остались примерно на том же уровне, а биомасса зоопланктона резко упала (с 0,9±0,8 до 0,04±0,02 г/м³).

4.7. Река Обь в районе г. Барнаула. Зоопланктон реки представлен 46 видами с преобладанием Cladocera (20 видов). Наибольшее число видов зоопланктона (34) обнаружили у правого берега реки, наименьшее (28) – на середине реки. У левого берега зоопланктон представлен 28 видами. По численности доминировали Cladocera, Rotatoria несмотря на разнообразие видов имели незначительный вклад в численность и биомассу зоопланктона. Максимум развития зоопланктона отмечали в летний период (1,5±0,36 тыс. экз./м³ и 0,07±0,02 г/м³). Самые неблагоприятные для сообщества периоды – ледоход, половодье и ледостав.

4.8. Равнинные притоки р. Оби. Зоопланктон нижнего течения р. Чесноковки представлен 56 видами, с преобладанием Rotatoria (27). Выявлено три пика численности (по убывающей от весны к осени) и биомассы (по возрастающей от весны к осени) зоопланктона. Средние значения численности и биомассы за летние месяцы (июнь-август) составили 0,7±0,2 тыс. экз./м³ и 0,02±0,006 г/м³, соответственно. Индекс видового разнообразия Шеннона для зоопланктона р. Чесноковки в целом высок. В составе зоопланктона нижнего течения р. Большой Лосихи отмечено 34 вида, с преобладанием Rotatoria (18). Отмечено два пика численности (январь, июнь) и три – биомассы (январь, июнь, сентябрь) зоопланктона. Средние значения численности и биомассы за летние месяцы составили 0,5±0,2 тыс. экз./м³ и 0,004±0,001 г/м³ соответственно. Индекс видового разнообразия Шеннона для зоопланктона достигал максимума в июне (1,92). В русле р. Барнаулки отмечено 32 вида зоопланктона, наблюдали незначительные численность (1,4±0,4 тыс. экз./м³) и биомассу (0,04±0,02 г/м³) при достаточно сложной структуре сообщества (2,31±0,23).

4.9. Таксономическое разнообразие зоопланктона озер и рек.

Зоопланктон 27 озер бассейна Верхней Оби представлен 130 видами (49 Cladocera, 47 Rotatoria и 34 Copepoda). Наибольшее число видов зоопланктона обнаружено в единственном исследованном крупном озере – Телецком (87), в средних озерах найдено меньшее число видов (79), минимальное в малых (54). Массовыми видами зоопланктона были Asplanchna priodonta Gosse, Chydorus sphaericus (Muller), Daphnia longispina (Müller), Eudiaptomus graciloides (Lilljeborg) и Mesocyclops leuckarti (Claus). Распределение видового состава зоопланктона в озерах бассейна Верхней Оби происходило в основном в зависимости от их географического положения (три равнинных озера не учитывали, так как их исследование проведено только в осенний период), что было взято за основу для объединения озер в группы – высокогорные (1), предгорные (б), равнинные (в) и отдельно Телецкое озеро (I) (рис. 1А).

Зоопланктон 20 исследованных рек бассейна Верхней Оби представлен 118 видами. По числу видов преобладали Rotatoria (49), Cladocera представлены 42, а Copepoda – 27 видами. Наиболее часто в реках встречали Asplanchna priodonta, Euchlanis dilatata, Alona affinis, Bosmina longirosris, Bosmina longispina и Mesocyclops. leuckarti. На основе сходства видового состава зоопланктона реки Большая Лосиха и Чесноковка были объединены в одну группу – правые притоки р. Оби (б), притоки Телецкого озера также объединяли в отдельную группу.


I

II

2

1

в

б

а

А



I

II

3

4

б

а

1

2

Б


Рис. 1. Результаты кластерного анализа видового состава зоопланктона исследованных озер (А) и рек (Б) бассейна Верхней Оби в 1999-2005 гг.

Истоки р. Оби не выделяли, р. Бию и р. Катунь рассматривали по отдельности, так как они по видовому составу зоопланктона слишком разные (рис. 1Б).

Таким образом, водные объекты по видовому составу зоопланктона делились в зависимости от географического положения (высокогорные или нет), от типа водного объекта (речные или озерные). Для всех водных объектов наиболее богатыми по числу видов оказались участки с развитием высшей водной растительности.