Таксономическое разнообразие донных беспозвоночных в реках Тамбовской области

УДК 574.5

ТАКСОНОМИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ДОННЫХ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ В РЕКАХ ТАМБОВСКОЙ ОБЛАСТИ

© М.Е. Буковский, Н.Н. Коломейцева, И.С. Решетов

Ключевые слова: донные беспозвоночные; таксономическое разнообразие; реки; биоразнообразие.

В статье проводится сравнение таксономического разнообразия донных беспозвоночных участков среднего течения рек Цны и Вороны.

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире экологические проблемы по своему общественному значению вышли на одно из первых мест. Бурное развитие хозяйственной деятельности привело к интенсивному, часто разрушительному воздействию на окружающую среду. Влияние человека на природу происходит как путем преобразования сложившихся в течение тысячелетий естественных систем, так и в результате загрязнения почв, вод, воздуха [1].

В современной экологии сложились достаточно прочные представления о взаимосвязи биоразнообразия с устойчивостью экосистем и биосферы в целом [2].

Биологическое разнообразие представляет собой уникальную особенность живой природы. Именно благодаря ему создается структурно-функциональная организация экологических систем, обеспечивающая их стабильность во времени и устойчивость к изменениям внешней среды, в т. ч. и в результате антропогенных воздействий. Сложность организации экосистемы обусловлена количеством видов живых организмов, т. е. их разнообразием. Чем больше видов животных и растений в сообществе, тем сложнее и многообразнее связи между ними [1].

Речной бассейн представляет собой пространственную единицу биосферы, наиболее перспективную для многоаспектного изучения природы, а также для управления окружающей средой [3]. Действительно, водосборы рек являются естественными природными ячейками географической оболочки, в которых происходит формирование поверхностного и подземного стока [4].

Имеется географическая зависимость между таксономическим составом тех или иных сообществ и степенью антропогенной нагрузки на территорию [5]. Применительно к речному бассейну весьма чувствительным индикатором степени антропогенного воздействия являются сообщества донных беспозвоночных, населяющих реки.

В связи с этим изучение таксономического разнообразия донных беспозвоночных и степени сходства сообществ, населяющих различные реки или различные биотопы в пределах одной речной системы, представляется весьма актуальной задачей.

Нами были проведены исследования по изучению таксономического разнообразия донных беспозвоночных бассейнов рек Цны и Вороны.

В задачи исследования входило: проведение полевых гидробиологических исследований на двух участках среднего течения рек Цны и Вороны, сравнение таксономического состава сообществ донных беспозвоночных на этих участках.

Исследования проводились в конце августа 2010 г.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследуемый участок реки Цны лежит в Цнинском физико-географическом районе. Особенностью района является высокий показатель лесистости. Господство принадлежит сосново-широколиственным лесам на холмистых песчаных поверхностях речных террас и междуречий. В Цнинском лесном массиве выделяются самые крупные участки пойменных дубрав, низинных, переходных и верховых болот, а также озер [6].

Изучаемый отрезок реки Цны протяженностью 12 км находится в 13 км южнее г. Тамбова в районе с. Кузьмино-Гать и г. Котовска. Первый створ мы расположили в 300 м выше по течению реки от автомобильного моста в с. Кузьмино-Гать, второй - в 1 км выше по течению от г. Котовска и третий - в 1 км ниже по течению г. Котовска. Расположение створов показано на рис. 1.

Русло реки Цны на исследуемом участке реки умеренно извилистое. Запруд и плотин нет. Дно реки песчаное, местами заиленное. Правый берег высокий, песчаный. Левый берег высокий, супесчаный.

Травяной покров нарушен эрозией, кострищами, колеями автотранспорта и сетью троп. На правом берегу древесная растительность у с. Кузьмино-Гать и ниже г. Котовска наблюдается вдоль берега, выше г. Котов-ска - сплошная. На левом берегу древесная растительность сплошная с разрывами, выше г. Котовска - луг. Преимущественно произрастают ольха черная (Alnus glutinosa), ива ломкая (Salix fragilis), клен татарский (Acer tataricum), вяз шершавый (Ulmus glabra), липа сердцелистная (Tilia cordata) и клен ясенилистный (Acer negundo). Прибрежно-водная растительность обильная. Встречаются осоки (Carex), камыш (Scirpus), тростник (Phragmites), стрелолист обыкновенный (Sagittaria sagittifolia). Водная растительность также

Рис. 1. Расположение исследуемых створов

обильная: кувшинка белоснежная (Nymphaea candida), кубышка желтая (Nuphar lutea), водокрас обыкновенный (Hydrocharis morsus-ranae), ряска малая (Lemna minor) и многокоренник обыкновенный (Spirodela polyrhiza).

В пределах поймы наблюдаются свалки бытового мусора, кострища, мойка и стоянка автотранспортных средств. Угодья используются под пастбища для скота и садово-огородные участки.

Исследуемый участок реки Вороны относится к Воронинскому физико-географическому району. В районе представлены все виды дубовых лесов, обширные участки пойменных лугов и болот, также крупнейшие в области пойменные озера (Рамза, Кипец) [6].

Изучаемый отрезок реки Вороны протяженностью 15 км расположен в Инжавинском районе Тамбовской области. Первый створ находился на территории Государственного природного заповедника «Воронинский», второй створ в 10,5 км ниже по течению от первого, у границы заповедника, третий - в 4,5 км от границы заповедника, в 600 м выше по течению от автодорожного моста Инжавино - Красивка. Расположение створов показано на рис. 1.

Русло реки Вороны на территории заповедника ме-андрирует, местами закоряжено, ниже по течению -извилистое. Запруд и плотин замечено не было. Дно реки песчаное, местами заиленный песок. Правый берег высокий. Грунт берега на территории заповедника супесчаный, местами топкий, ниже по течению от заповедника - песчаный. Травяной покров на территории заповедника не нарушен, за границей заповедника нарушен кострищами и колеями автотранспорта. Левый берег на створе, расположенном у моста, пологий, на территории заповедника и у его границы - высокий. Грунт берега песчаный. Травяной покров на территории заповедника и у его границы не нарушен, на створе у моста - нарушен колеями автотранспорта, кострищами.

Древесная растительность сплошная, представлена преимущественно ольхой черной (Alnus glutinosa), вязом (Ulmus), ивой ломкой (Salix fragilis), осиной обыкновенной (Populus tremula), дубом черешчатым (Quercus robur), кленом татарским (Acer tataricum), липой сердцелистной (Tilia cordata). Прибрежноводная растительность на территории заповедника обильная, на створах, расположенных ниже по течению от заповедника, - редкая. Представлена осоками (Carex), камышом (Scirpus), стрелолистом обыкновенным (Sagittaria sagittifolia). Водная растительность редкая, представлена кубышкой желтой (Nuphar lutea), кувшинкой белоснежной (Nymphaea candida), ряской малой (Lemna minor), многокоренником обыкновенным (Spirodela polyrhiza).

Пойма реки Вороны на изучаемом участке залесенная. На территории заповедника нарушений прибрежной водоохраной зоны не наблюдалось. За границей заповедника в прибрежной водоохраной зоне наблюдаются вытаптывание травяного покрова, кострища и свалки бытового мусора.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В основу исследований положены литературные описания рек, картографические материалы, а также материалы собственных исследований, полученные в ходе рекогносцировок и экспедиций летом 2010 г.

Для проведения гидрометрического обследования рек использовались методики из практикума К.В. Паш-канга [7]. Состояние донных отложений реки оценивались с помощью методов аппликации на рентгеновской пленке и автографии на фотобумаге, предложенных Л.Ф. Тарариной [8].

Отлов водных беспозвоночных из донного грунта проводился с помощью стандартной драги. На каждом створе изъятие беспозвоночных проводилось из 0,15 м3 донного грунта. Отлов водных беспозвоночных на зарослях макрофитов и в толще воды осуществлялся с помощью сачка. Объем процеженной через сачок воды на каждом створе составлял 0,7 м3. В пределах биотопа организмы изымались с максимального количества мест обитания (берега различной крутизны, перекаты, различные типы субстрата, заросли макрофитов).

Для количественной оценки биоразнообразия существует достаточно широкий спектр разнообразных биотичеких индексов. Для оценки сходства таксономи-чекого состава сообществ донных беспозвоночных двух различных участков рек мы использовали индекс Жаккара, как наиболее часто используемый в биоцено-логических, фаунистических и биогеографиче-ских работах. Этот индекс равен 1 в случае полного совпадения таксонов сообществ и равен 0, если выборки совершенно различны и не включают общих таксонов [9].

Индекс Жаккара мы рассчитывали по формуле:

* а+Ь+с’

где a - число общих видов для двух списков; Ь - число видов, имеющихся только во втором списке; c - число видов, имеющихся только в первом списке.

Для оценки таксономичекого разнообразия донных беспозвоночных и степени доминирования отдельных систематических групп нами использовались индексы Шеннона и Бергера-Паркера.

Расчеты индекса разнообразия Шеннона предполагают, что особи попадают в выборку случайно из «неопределенно большой» генеральной совокупности [9]. Чем больше индекс Шеннона, тем больше таксономическое разнообразие сообщества. Это следует из того, что возрастание индекса указывает на возрастание неопределенности и однородности структуры системы. Индекс Шеннона мы рассчитывали по формуле:

Н'= - Ер;1прь

где величина p¡ - доля особей ¡-го вида. В выборке истинное значение р1 неизвестно, но оценивается как п/Ы (пг - количество особей ¡-го вида, N - количество всех особей).

Индекс Бергера-Паркера - одна из мер доминирования. Он выражает относительную значимость наиболее обильного вида. Увеличение величины индекса Бергера-Паркера означает уменьшение разнообразия и увеличение степени доминирования одного вида [10].

Индекс Бергера-Паркера мы рассчитывали по формуле:

л = Ъ™*

N ’

где - число особей самого обильного вида, N -общее число особей.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

При проведении органолептических и гидрометри-чеких исследований нами получены следующие результаты.

На створе у с. Кузьмино-Гать до впадения в Цну реки Лесной Тамбов вода бесцветная, прозрачная на всю глубину (более 2 м). После впадения притока прозрачность снижается до 60-70 см, вода приобретает зеленоватый оттенок. Скорость течения на первых двух створах составляет 0,12З м/с, на третьем створе - G,G38 м/с. Максимальная глубина реки Цны на исследуемом участке колеблется в интервале от 2,5 до 6,2 м, расход воды увеличивается вниз по течению от 2,3 до 6,6 м3.

Вода в реке Вороне на всем исследуемом участке прозрачная на всю глубину (более 4 м), бесцветная. Скорость течения колеблется в пределах 0,16-0,03 м/с. Расход воды на данном участке увеличился с 2,45 до 2,97 м3. Максимальная глубина достигает 4,17 м.

На трех исследуемых створах реки Вороны мы обнаружили представителей 33 семейств донных беспозвоночных. На трех створах реки Цны - представителей 31 семейства. Список найденных на двух изученных участках рек Цны и Вороны семейств донных беспозвоночных представлен в табл. 1.

На первом створе реки Цны, в районе с. Кузьмина-Гать, мы обнаружили представителей 22 семейств донных беспозвоночных; на втором створе, выше по течению от г. Котовска, - представителей 26 семейств; на третьем створе, ниже по течению от г. Котовска, - 15 семейств (рис. 2).

На первом створе реки Вороны, расположенном на территории заповедника, нами были найдены представители 24 семейств донных беспозвоночных; на втором створе, расположенном у границы заповедника, - lG семейств; на третьем створе, у автодорожного моста Инжавино-Красивка, - 25 семейств донных беспозвоночных (рис. 2).

При оценке степени сходства таксономического состава сообществ донных беспозвоночных исследованных участков рек Цны и Вороны использовался индекс общности Жаккара. В целом, состав донных беспозвоночных бассейнов рек Цны и Вороны весьма сходен (индекс равен 0,6).

Наиболее сходными по таксономическому составу оказались два створа на реке Вороне, расположенные за пределами заповедника, а также створы на реке Цне у с. Кузьмино-Гать и выше по течению от г. Котовска (индекс 0,6). Менее всего сходны: створ, расположенный ниже по течению от г. Котовска на реке Цне и створ, расположенный у автодорожного моста Инжа-вино - Красивка на реке Вороне (индекс 0,33). Наиболее наглядно сходство таксономического состава донных беспозвоночных по индексу Жаккара представлено в табл. 2 и на рис. 3.

Анализ структуры доминирования на исследуемых створах показал, что наиболее выровненная структура сообщества донных беспозвоночных характерна для створа у с. Кузьмино-Гать реки Цны и створа, реки Вороны расположенного у моста Инжавино - Красив-ка, для которых индекс Бергера-Паркера равен 0,227 и 0,24 соответственно. Наименее выровнена структура доминирования на створах реки Вороны, расположенных на территории заповедника и у его границы, для которых данный индекс равен 0,5 и 0,49 соответственно (рис. 4).

Для оценки таксономического разнообразия нами использовался индекс Шеннона. Наибольшее значение индекса Шеннона наблюдается на створе р. Вороны, расположенном у моста, - 3,209, что свидетельствует о более сложной организации сообщества донных беспозвоночных на исследуемом створе. Наименьшее значение индекс принимает на створах р. Вороны, расположенных на территории заповедника и у его границы: 1,897 и 1,858 соответственно. Такие небольшие значения объясняются сильно выраженным доминированием небольшого числа видов. На 3-х створах реки Цны индекс меняется незначительно в пределах 1,931-2,516 (рис. 5).

Таблица 1

Список семейств, представители которых были найдены в бассейнах рек Цны и Вороны

№ р. Ворона р. Цна

1 Aeschnidae - коромысла Aeschn¡dae - коромысла

2 Anodontinae - беззубки Anodont¡nae - беззубки

3 Aphelocheiridae - длиннохоботные плавты Аз1асМае - речные раки

4 БаеШае - баэтиды Baet¡dae - баэтиды

5 Bithyniidae - битинии ЫЛутМае - битинии

6 Calopterydidae - красотки Calopteryg¡dae - красотки

7 Corixidae - гребляки СЫт^т^е - звонцы

8 Culicidae - кровососущие комары Cul¡c¡dae - кровососущие комары

9 Dytiscidae - плавунцы Dyt¡sc¡dae - плавунцы

lG Elmidae - речники Erpobdell¡dae - глоточные пиявки

ll Glossiphoniidae - улитковые пиявки Gammar¡dae - гаммари-ды

12 Gomphidae - дедки Gomph¡dae - дедки

13 Haliplidae - плавунчики Hal¡pl¡dae - плавунчики

14 Lestidae - лютки Lest¡dae - лютки

l5 Libellulidae - настоящие стрекозы L¡bellul¡dae - настоящие стрекозы

16 Lithoglyphidae L¡thoglyph¡dae

17 Lymnaeidae - прудовики Lumnae¡dae - прудовики

l8 Muscidae - настоящие мухи Mesorel¡¡dae

19 Naididae - наидиды Naucor¡dae - плавты

2G Naucoridae - плавты Phys¡dae - физы

21 Nepidae - скорпионы водяные P¡s¡d¡¡dae - горошинки

22 Neritidae - неретиды Planorb¡dae - катушковые

23 Physidae - физы Platycnem¡d¡dae - плос-коножки

24 Pisidiidae - горошинки Ple¡dae - гладыши-крошки

25 РЬ^гЬ^ьє - катушковые Pyraust¡dae - ширококрылые огневки

26 Plathycnemididae - плос-коножки S¡al¡dae - вислокрылки

27 Pyroustidae - ширококрылые огневки Sphaer¡¡dae - шаровки

28 8іь^ьє - вислокрылки Tub¡f¡c¡dae - трубочники

29 Sphaeriidae - шаровки Un¡on¡dae - перловицы

3G Stratiomydae - львинки Valvat¡dae - затворки

31 Tubificidae - трубочники V¡v¡par¡dae - живородки

32 Unionin.be - перловицы

33 Viviparidae - живородки

30

Цна 1 Цна 2 ЦнаЗ Ворона 1 Ворона 2 Ворона 3

Рис. 2. Количество найденных семейств донных беспозвоночных на каждом створе

Таблица 2

Сходство таксономического состава донных беспозвоночных между створами рек Цны и Вороны

по индексу Жаккара

Ворона 1 Ворона 2 Ворона 3 Цна 1 Цна 2 Цна 3

Ворона1 1 G,51 G,58 G,59 G,56 G,41

Ворона 2 G,51 1 G,6 G,56 G,53 G,46

Ворона 3 G,58 G,6 1 G,57 G,46 G,33

Цна 1 G,59 G,56 G,57 1 G,6 G,37

Цна 2 G,56 G,53 G,46 G,6 1 G,37

Цна 3 G,41 G,46 G,33 G,37 G,37 1

Рис. 3. Дендрограмма сходства таксономического состава донных беспозвоночных между створами рек Цны и Вороны на основе коэффициента Жаккара

На основании расчетов индекса Шеннона и индекса Бергера-Паркера можно сказать, что наиболее выровненное сообщество донных беспозвоночных на створе у с. Кузьмино-Гать на реке Цне и на створе у моста Инжавино - Красивка на реке Вороне. Наименее вы-

ровнено сообщество на створах, расположенных на территории заповедника и у его границы, на реке Вороне, где наблюдается 50 % доминирование по численности особей одного семейства.

Рис. 4. Значение индекса Бергера-Паркера для исследуемых створов реки Цны и Вороны

Рис. 5. Значение индекса Шеннона для исследуемых створов реки Цны и Вороны

ВЫВОДЫ

В ходе проведенных исследований участков среднего течения рек Цны и Вороны обнаружены представители 33 семейств донных беспозвоночных на реке Вороне и представители 31 семейства донных беспозвоночных на реке Цне.

По результатам обработки и анализа полученных данных можно говорить о том, что таксономический состав донных беспозвоночных в бассейнах рек Цны и Вороны весьма сходен. В пределах исследуемых участков наблюдаются различия в разнообразии и выров-ненности структуры сообществ донных беспозвоночных, что можно объяснить различием абиотических условий обитания, а также степенью антропогенной нагрузки на территорию.

ЛИТЕРАТУРА

5. Дубровин О.И., БуковскийМ.Е., Коломейцева Н.Н. Географическая зависимость таксономического разнообразия фитоценозов от степени антропогенной нагрузки на территорию // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2010. Т. 15. Вып. 1. С. 179-181.

6. Абрамова Л.А., Юшков М.В., Кузьмина ММ. Эколого-хозяйст-венный баланс территории и ее естественная защищенность // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2011. Т. 16. Вып. 2. С. 575-577.

7. Пашканг К.В. Практикум по общему землеведению. М.: Высш. шк., 1982. 224 с.

8. Тарарина Л.Ф. Экологический практикум для студентов и школьников. М.: Аргус, 1997. 162 с.

9. География и мониторинг биоразнообразия. М.: Изд-во Научного и учебно-методического центра МГУ, 2002. 432 с.

10. Арчаков А.И. Что за геномикой? Протеомика // Вопросы медицинской химии. 2000. Т. 46. № 4. С. 335-343.

Поступила в редакцию 16 ноября 2011 г.

1. Бродский А.К. Введение в проблемы биоразнообразия. Иллюстрированный справочник. СПб.: Изд-во С.-Петербургского университета, 2002. 144 с.

2. Зелепухин В.В. Теоретические аспекты биоразнообразия: учебное пособие. Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2003. 192 с.

3. Корытный Л.М. Бассейновая концепция в природопользовании. Иркутск: Изд-во института географии СО РАН, 2001. 161 с.

4. Смолянинов В.М. Подземные воды центрально-черноземного района: условия их формирования, использование: монография. Воронеж: Изд-во Воронеж. госагроуниверситета, 2003. 250 с.

Bukovskiy M.E., Kolomeitseva N.N., Reshetov I.S. TAXO-NOMICAL VARIETY OF BOTTOM INVERTEBRATES IN RIVERS OF TAMBOV REGION

The article gives the comparison of taxonomical variety of bottom invertebrates of middle flow of rivers areas of Tsna and Vorona rivers.

Key words: bottom invertebrates; taxonomical variety; rivers; bio-variation.