М. В. Ломоносова биологический факультет н а правах рукописи Столяров Андрей Павлович Структурно-функциональная организация эстуарных экосистем Белого моря 03. 02. 10 гидробиология Автореферат
| Вид материала | Автореферат |
- Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова биологический факультет, 1266.34kb.
- М. В. Ломоносова биологический факультет на правах рукописи никольская кира Алексеевна, 1297.21kb.
- Структурно-функциональная организация палеоамигдалы: фундаментальные закономерности, 2391.63kb.
- Юров иван юрьевич структурно-функциональная организация хромосом при нервно-психических, 850.19kb.
- Лекция № клетка элементарная биологическая система. Структурно функциональная организация, 341.33kb.
- Автореферат диссертации на соискание ученой степени, 1241.4kb.
- На правах рукописи, 470.03kb.
- На правах рукописи, 1724.93kb.
- На правах рукописи, 378.58kb.
- На правах рукописи, 594.43kb.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени М.В. ЛОМОНОСОВА
Биологический факультет
Н
а правах рукописи
Столяров Андрей Павлович
Структурно-функциональная организация эстуарных экосистем Белого моря
03.02.10 – гидробиология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
Москва
2011
Работа выполнена на кафедре гидробиологии Биологического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова
Научный консультант: доктор биологических наук, профессор
Игорь Васильевич Бурковский
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор
Юрий Георгиевич Симаков
доктор биологических наук, профессор
Андрей Валерьевич Смуров
доктор биологических наук, профессор
Елена Васильевна Шошина
Ведущая организация: Санкт-Петербургский Зоологический институт РАН
Защита состоится "______" _____________ 2011 г. в _____ часов на заседании
диссертационного совета Д. 501. 001. 55 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119899 Москва, Ленинские горы, д.1, стр.12, МГУ им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет, ауд. 389.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова
Автореферат разослан "______" _________________ 2011 г.
У
ченый секретарь
диссертационного совета,
кад. биол. наук Н.В. Карташева
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. Интерес к эстуариям обусловлен их особым положением и функциональной ролью в системе морских и пресных водоемов. Эстуарии - переходные зоны между морскими и пресными местообитаниями с выраженным градиентом солености и изменчивым гидрологическим режимом. Они являются зонами транзита терригенного и органического осадка с материка в океан. Здесь осадок аккумулируется и сильно трансформируется, благодаря чему создаются и поддерживаются весьма специфические условия для жизни многих организмов. В то же время эстуарии – мощный биологичес-кий барьер на пути загрязненного материкового стока и одновременно – одна из наиболее продуктивных и доступных для эксплуатации зон Мирового океана.
Эстуарные экосистемы относятся к динамическим неравновесным системам с постоянно меняющимися и часто непредсказуемыми абиотическими условиями. Организмы при этом обычно испытывают физиологический стресс, что отражается на видовом составе, обилии и структуре существующих здесь сообществ. В эстуариях формируются "физически контролируемые сообщест-ва", где роль факторов среды в их организации повышается, а сила межвидовых взаимодействий снижается. Однако не вполне понятно, какие факторы или комплексы факторов определяют структуру таких образований и насколько та-кие структуры устойчивы во времени и пространстве. Также не совсем ясно, как меняется пространственная структура сообществ разных размерных и таксономических групп. Будут ли такие изменения синхронными или асинхрон-ными, направленными в одну и ту же сторону или разнонаправленными?
По-прежнему остаются важными и во многом открытыми проблемы изу-чения функциональных связей между гидробионтами и их комплексами, а так-же разными частями единой экосистемы эстуария (за счет поступления избыточной энергии от энергетически богатых районов с высокой первичной продукцией к энергетически бедным). Какие процессы преобладают в эстуариях - гетеротрофные или автотрофные, существует ли баланс между этими процессами, как меняется трофическая структура и функциональные связи между гидробионтами в различных районах эстуария, каково направление основного потока энергии в эстуарии (если он есть)? Все эти вопросы являются актуальными и представляют серьезный научный интерес.
Несмотря на то что существуют работы, освещающие некоторые аспекты организации эстуариев, как правило, они основаны на фрагментарно собранном материале, относящемся к локальным биотопам или слишком короткому временному интервалу. При этом обычно рассматривают далеко не полный (часто весьма узкий) таксономический спектр организмов, представленный одной – тремя систематическими группами. Все это не дает возможности оценить степень достоверности представленных данных и тем более – получить сколько-нибудь полное представление об эстуариях как экосистемах. Именно поэтому назрела необходимость комплексного исследования этих уникальных экосистем. В этом и заключается актуальность нашей работы.
Цель нашей работы состояла в изучении структурно-функциональной и пространственно-временной (т.е. системной) организации эстуарных экосистем Белого моря и построении прототипической модели эстуариев.
Под прототипической (исходной) моделью мы понимаем такую модель, которая включает в себя определенный набор экологических признаков, свойственных эстуарным экосистемам. Прототипическая модель – ментальная схема, позволяющая признать реальную экосистему эстуарием. Прототипическая модель не равна идеальной, поскольку идеальная модель шире исходной. Если прототипическая модель концентрирует минимальный необходимый набор дифференцирующих сущностных признаков, то идеальная модель, крайне редко встречающаяся в природе, наоборот, предоставляет максимальный, исчерпывающий набор этих признаков.
Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Выявить основные закономерности изменения видовой, размерной, пространственно-временной и структурно-функциональной организации сообществ микро-, мейо- и макробентосных организмов на градиенте солености и других факторов среды в эстуарных экосистемах Белого моря.
2. Установить роль жизненных циклов и стратегий разных видов беспозвоночных в процессе формирования эстуарного макробентосного сообщества.
3. Изучить основные связи между разными трофическими группами гидробионтов и разными частями единой эстуарной экосистемы. Оценить влияние искусственного воздействия повышенной плотности бентосных организмов на структуру и устойчивость сообщества и экосистемы в полевом эксперименте.
Положения, выносимые на защиту:
1. Пространственная гетерогенность эстуарных сообществ обусловлена комплексом факторов: соленостью, типом осадков, содержанием в них органического вещества, Eh и pH среды, определяющих специфику видового состава, обилие и структуру макро-, мейо- и микробентоса.
2. Ведущая роль в формировании разномасштабной пространственно-временной структуры эстуарных сообществ принадлежит солености. С увеличением солености (в пространстве-времени) растут значения большинства структурных показателей сообщества - видовое разнообразие, средние размеры и общая биомасса организмов, средний уровень межвидовой связности, а также доли и области распространения морских видов.
3. Важный фактор формирования и временной изменчивости структуры сообществ макробентоса — тип размножения и условия ассимиляции (накопления и включения) вновь образующихся организмов в уже сложившуюся систему взаимоотношений. Выделены основные этапы этих процессов: нерест, рост, развитие, оседание и ассимиляция личинок, характеризующиеся соответствующей смертностью.
4. Экспериментально установлено, что существующие ограничения в численности и биомассе гидробионтов обусловлены не дефицитом пространственных или пищевых ресурсов (большинство видов - детритофаги), но комплексом факторов среды, негативно влияющих на самые ранние стадии развития беспозвоночных.
5. В эстуариях доминирует детритная сеть питания. Источником детрита являются морские травы, макро- и микроводоросли и материковый сток. Основной поток энергии в эстуарных экосистемах направлен от высокопродуктивных районов эстуария (занятых соленым маршем и морской травой) к низкопродуктивным (песчаная и песчано-илистая литораль, мидиевая банка). Благодаря миграции органического вещества с водными массами и живыми организмами устанавливается относительный баланс между продуцирующими и потребляющими подсистемами эстуария. Избыток органического вещества аккумулируется, трансформируется и/или мигрирует в соседние морские или наземные экосистемы.
Научная новизна и теоретическая значимость работы
Впервые проведено комплексное исследование эстуария р. Черной как типичной эстуарной экосистемы и представлена прототипическая модель эстуарной экосистемы, которая характеризуется определенным набором экологических сущностных признаков. Также впервые проведено изучение и анализ структурно-функциональной организации эстуарных экосистем Белого моря с учетом основных размерных групп и жизненных форм организмов. Выявлены основные функциональные связи между гидробионтами разных трофических уровней и их пространственной локализации, а также количественно оценены вещественно-энергетические потоки между разными частями эстуарной экосистемы. Существенно дополнены имеющиеся данные о жизненных циклах массовых бентосных беспозвоночных и их роли в формировании структуры эстуарного сообщества. Установлены ведущие факторы пространственно-времен-ной изменчивости и устойчивости структуры эстуарных сообществ (соленость, температура, тип осадка, регулярность пополнения за счет молоди, пища и др.).