Таксономическое разнообразие донных беспозвоночных озер Алтайского края на градиенте аридности

ТАКСОНОМИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ДОННЫХ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ ОЗЕР АЛТАЙСКОГО КРАЯ НА ГРАДИЕНТЕ АРИДНОСТИ

Д.М. Безматерных, О.Н. Жукова Институт водных и экологических проблем СО РАН, г. Барнаул

За последние 30 лет на территории юга Западной Сибири произошло увеличение среднегодовой температуры воздуха не менее чем на 1,4 0С, при этом среднегодовое количество осадков в регионе по сравнению с 1980-1990 гг. осталось практически неизменным [1]. Такая динамика приводит к аридизации климата за счет повышения испарения и снижения коэффициента увлажнения. Озера являются накапливающими элементами ландшафта, их экосистемы во многом зависят от почвенных и геохимических процессов в пределах бассейна обусловленных климатом [2].

Сообщества донных беспозвоночных являются важным структурным звеном озерных экосистем, а их состав и обилие зависят от многих экологических факторов, в том числе климатических. Ранее было показано влияние градиентов различных природных факторов (гидрофизических, гидрохимических и типа грунта) на состав и структуру зообентоса озер этого региона [3], однако даже для такого озера, как Чаны - водоема с самой длительной историей исследования зообентоса на юге Западной Сибири - не удалось проследить многолетние изменения видового состава зообентоса, оценено только изменение его количественных характеристик [4]. Но градиент аридности в пространстве (в различных природных зонах) можно рассматривать как аналог для прогнозирования влияния изменения климата на экосистемы водоемов во времени.

Материал и методы

Сообщества донных беспозвоночных были изучены в 2008-2011 гг. В ходе комплексных лимнологических экспедиций на озерах Алтайского края было обследовано 25 озер. Материал собран и обработан стандартными гидробиологическими методами [5]. Всего отобрано и проанализировано 150 количественных и 40 качественных проб. Доминирующие таксоны определяли по частоте встречаемости [6].

Исследованные озера расположены в двух природных зонах и четырех подзонах [7]. Озера Кулундинское, Пресное и безымянное находятся в сухостепной подзоне; Кривое (бассейн р. Кулунда), Мостовое, Угловое, Малое Топольное, Песчаное, Хорошее, Большое Топольное, Кривое (бассейн р. Бурла), Хомутиное, Кабанье - в засушливо-степной; Горькое, Большое Островное - в умеренно-засушливо-степной; Мельничное, Ледорезное, Батовое, Чернаково, Лена, Верхнее, Нижнее, Прыганское, Пустынное, Большое - в южно-лесостепной подзоне.

Результаты и обсуждение

Всего в исследованных озерах выявлено 127 видов донных беспозвоночных из 8 классов (круглые и малощетинковые черви, пиявки, двустворчатые и брюхоногие моллюски, мшанки, ракообразные, насекомые). Наибольшее число видов характерно для насекомых, среди них доминировали двукрылые, а также жуки, поденки, ручейники, стрекозы, клопы, ногохвостки, бабочки.

Наибольшие показатели видового разнообразия донных беспозвоночных наблюдались в озерах, расположенных в лесостепной зоне, а наименьшие - в сухостепной подзоне степной зоны (табл. 1). Следует отметить, для проточных озер характерно большее видовое разнообразие, что несколько повлияло на результаты анализа. Также необходимо учитывать, что на полученные данные оказывали влияние неравномерное распределение озер по подзонам и их морфометрические особенности [1].

Исходя из классификации качества поверхностных вод суши [8] исследованные водоемы, расположенные в сухостепной подзоне, относятся преимущественно к эугалинным (минерализация воды находилась в пределах от 25 до 140 г/л), засушливо-степной и

умеренно-засушливо-степной подзон - к альфа-мезогалинным (1,5-18 г/л), озера южнолесостепной подзоны к олигогалинным и альфа-мезогалинным (0,3-2,5 г/л).

Таблица 1

Показатели видового разнообразия донных беспозвоночных озер различных подзон степной и лесостепной зон Алтайского края

Подзона Число видов Индекс Шеннона, lim / x

Сухостепная 7 0-1,0

0,3

Засушливо -степная 30 0-2,3

0,65

Умеренно -засушливо -сте пная 25 0-2,6

1,07

Южно-лесостепная 44 0-3,3

1,85

Максимальное видовое разнообразие донных беспозвоночных отмечено в олигогалинных озерах - от 1 до 13 видов в пробе, в среднем 5. Минимальное видовое разнообразие характерно для эугалинных озер, число видов донных беспозвоночных в пробе не превышало 2. Данная закономерность является отражением общей тенденции уменьшения видового разнообразия гидробионтов при возрастании минерализации в континентальных водах [9-11].

Отмечено, что от южной лесостепи к сухой степи наблюдается смена доминирующих и субдоминирующих таксонов донных беспозвоночных. В южной лесостепи они представлены пятью группами: комары-звонцы, жуки, стрекозы, поденки, ручейники. В подзонах засушливой и умеренно засушливой степи уменьшается число доминирующих таксонов и наблюдается смена состава донных беспозвоночных, которые представлены личинками комаров звонцов и мокрецов, в зоне сухой степи - мухами-береговушками и мокрецами.

Изменение баланса тепла влаги на водосборе озер определяет минерализацию озерной воды, а она в свою очередь оказывает существенное влияние на таксономический состав гидробионтов. При увеличении солености воды количество видов в озерах, как правило, убывает [9-11]. В результате наших исследований установлено, что наибольшая устойчивость к высоким уровням минерализации характерна для личинок из отряда двукрылых: мухи-береговушки и мокрецы (отмечены в пределах от 0,55 до 140 г/л), которые являются типичными обитателями солоноватых и соленых вод [12]. Также большая экологическая пластичность отмечена для личинок комаров-звонцов и жуков, которые встречаются в диапазоне солености от 0,384 до 25,4 г/л. В озерах с минерализацией вод более 3,3 г/л не выявлены кольчатые черви (малощетинковые черви и пиявки), бабочки, поденки, ручейники и клопы.

Для анализа влияния соотношения тепла и атмосферной влаги в водосборном бассейне озера на видовое разнообразие донных беспозвоночных были использованы среднемноголетние (1966/67-2000/01 гг.) коэффициенты увлажнения (Ку), полученные для распложенных рядом метеостанций [12]. Для этого были выбраны станции, находящиеся непосредственно на водосборе (для проточных озер - выше по течению реки), или ближайшие станции на той же широте: ст. Баево - оз. Мостовое, Чернаково, Лена; ст. Благовещенка, Угловское - оз. Кулундинское, Пресное, безымянное; ст. Волчиха - Угловое; ст. Камень-на-Оби - оз. Пустынное, Большое; ст. Мамонтово - оз. Горькое, Б. Островное, Кривое (Кулунда), Батовое, Мельничное, Ледорезное; ст. Славгород - оз. Кривое (Бурла), Хомутиное, Песчаное, Хорошее, Б. Топольное; ст. Хабары - оз. Кабанье, М. Топольное, Верхнее, Нижнее).

Рис. 1. Общее число видов (а) и средний индекс видового разнообразия по Шеннону (б) в озерах, водосборы которых расположены в районах с различными

коэффициентами увлажненения

Выполненный анализ показал, что между увлажненностью водосборов и общим числом видов донных беспозвоночных (М) в озерах (для районов с данным Ку и средним

значением Н - индекс Шеннона) существует положительная связь. Коэффициент

корреляции Спирмена между Ку и Н равен 0,93 (р=0,03). Корреляция между Ку и N оказалась недостоверна (р>0,05). Однако достоверность аппроксимации полученных степенных и экспоненциальных функций (более 0,5) свидетельствует о том, что они

удовлетворительно описывают натурные данные по Н и Ыг, но уровень взаимосвязи для Н также высокий (рис. 1а). Подобные тенденции ранее были описаны [12], но без подтверждения статистическими методами.

Выводы

1. В изученных озерах выявлено 127 видов донных беспозвоночных. Максимальное видовое разнообразие отмечено для олигогалинных озер лесостепной зоны, минимальное -для эугалинных озер сухой степи.

2. Для озер южно-лесостепной подзоны характерны такие доминирующие и субдоминирующие таксоны зообентоса, как комары-звонцы, ручейники, поденки, жуки, стрекозы; в умерено-засушливо-степной и засушливо-степной - комары-звонцы и мокрецы; в сухостепной подзоне звонцы - мухи-береговушки.

3. В направлении от южной лесостепи к сухой степи, наблюдается смена доминирующих таксонов и сокращение видового разнообразия донных беспозвоночных. При уменьшении коэффициента атмосферного увлажнения водосбора озера отмечается снижение видового разнообразия зообентоса (по индексу Шеннона) и общего количества видов.

Исследование выполнено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 08-05-98019-р_Сибирь_а) и Президиума Российской академии наук (проект №. 16.14).

Список литературы

1. Development and Climate Change: World development report. - Washington: The World Bank, 2010. - 444 p.

2. Россолимо Л.Л. Основы типизации озер и лимнологического районирования // Накопление вещества в озерах. - М.: Наука, 1964. - С. 5-46.

3. Безматерных Д.М., Жукова О.Н. Состав, структура и факторы формирования сообществ донных беспозвоночных озер юга Обь-Иртышского междуречья // Экология. -2013. - № 2. - С. 152-160.

4. Безматерных Д.М., Чернышкова К.В., Марусин К.В. Современное состояние и многолетняя динамика зообентоса озера Чаны // Проблемы региональной экологии. - 2008. -№ 6. - С. 43-49.

5. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем/Под ред. В.А. Абакумова. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1992.-С. 164-173.

6. Баканов А.И. Количественная оценка доминирования в экологических сообществах / Рук. деп. в ВИНИТИ 08.12.1987. № 8593-В87.- 63 с.

7. Цимбалей Ю.М., Винокуров Ю.И. Ландшафтная дифференциация природной среды // Природно-мелиоративная оценка земель в Алтайском крае. - Иркутск, 1988. - С. 2139.

8. Оксиюк О.П. и др. Комплексная экологическая классификация качества поверхностных вод суши // Гидробиол. журн. - 1993. - № 29 (4). - С. 62-76.

9. Алимов А.Ф. Связь биологического разнообразия в континентальных водоемах с их морфометрией и минерализацией вод // Биология внутренних вод. - 2008. - № 1. - С. 3-8.

10. Hammer U.T. Saline Lake Ecosystems of the World. - Dordrecht: Dr. W. Junk Publishers, 1986. - 614 p.

11. Williams W.D. Salinity as a determinant of the structure of biological communities in salt lakes // Hydrobiologia. - 1998. - 381. - Р. 191-201.

12. Золотов Д.В., Николаева О.П., Черных Д.В. Динамика атмосферного увлажнения западной части Алтайского края как характеристика климато-гидрологического фона // Изв. АлтГУ. - 2012. - № 3/1. - С. 119-125.