Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Закономерности изменения структуры палеокомплексов хирономид (Diptera: Chironomidae) при долговременных изменениях природной среды и климата

ВАК РФ 03.00.18, Гидробиология

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Ильяшук, Елена Александровна

Введение

Глава 1. Применение анализа останков личинок хирономид в палеолимнологических исследованиях

1.1. Исторический экскурс

1.2. Методические основы анализа

1.3. Применение анализа при изучении процессов антропогеннного и природного характера

1.3.1. Эвтрофирование

1.3.2. Закисление

1.3.3. Изменение солености

1.3.4. Изменения климата и растительности

1.4. Морфологические деформации у хирономид как последствия стресса при загрязнении водоемов

1.5. Долговременные изменения биологического разнообразия

Глава 2. Краткая характеристика района исследований

2.1. Природно-климатические условия

2.2. История индустриального освоения региона

2.3. Изменение климата и динамика зональной растительности на Кольском полуострове

Глава 3. Объекты и методы исследований

3.1. Лимнологическая характеристика исследованных водоемов

3.2. Методы исследований

Глава 4. Изменения комплексов хирономид озера Имандра под влиянием сточных вод промышленных предприятий

4.1. Реконструкция изменений в условно-фоновом районе

4.2. Реконструкция изменений при эвтрофировании

4.3. Реконструкция изменений при загрязнении металлами

Глава 5. Изменения комплексов хирономид под влиянием аэротехногенного загрязнения озер с различными геологическими условиями на водосборе

5.1. Озеро в гранитно-гнейсовом горном массиве Чунатундра

5.2. Озеро равнинного ландшафта песчано-кварцевых формаций

5.3. Озеро в Хибинском горном массиве щелочных сиенитов

Глава 6. Реконструкция изменений структуры комплексов хирономид при изменении климата и природной среды в голоцене

6.1. Формирование и развитие фауны хирономид субарктического озера в голоцене

6.2. Природно-климатические изменения и структура комплексов в позднем голоцене

Выводы

Введение Диссертация по биологии, на тему "Закономерности изменения структуры палеокомплексов хирономид (Diptera: Chironomidae) при долговременных изменениях природной среды и климата"

Глубокие изменения, которые испытывает биосфера на настоящем этапе своего развития, являются по своему характеру революционными. Этот этап по степени преобразований можно сопоставить лишь с этапом становления кислородной атмосферы на планете, радикальным образом изменившей весь облик ландшафтной оболочки планеты.

Процессы глобального загрязнения атмосферы Земли большое значение приобрели для северных ландшафтов. Это связано с тропосферным переносом в Арктический воздушный бассейн аэрозолей, несущих загрязняющие вещества из более южных широт, и поступлением их в наземные и водные экосистемы с осадками. За счет этих процессов загрязняющие вещества могут попадать в Российскую Арктику из Европы, Юго-Восточной Азии и Северной Америки (Тишков и др., 2001). Загрязнение арктических регионов происходит также вследствие активного освоения их минерально-сырьевых ресурсов. Добывающая и перерабатывающая промышленности формируют очаги антропогенной трансформации.

На примере Кольского Севера показано, что в арктических регионах в настоящее время наиболее остро стоят проблемы закисления, эвтрофировния вод, а также загрязнения их металлами, органическими соединениями и радионуклеидами (Хубларян, Моисеенко, 2000). Вместе с тем, в высоких широтах естественные климатические изменения достигают наибольшего размаха и ведут к наиболее серьезным последствиям, что особенно ярко проявлялось в ледниковые эпохи, когда изменения среды носили катастрофический характер. Природную среду высоких широт считают чувствительным индикатором развития глобальных физико-географических процессов (Матишов, 2001).

В России северные территории занимают около 65% площади, обладают единством физико-географических условий, циркумполярным характером распространения биоты, особенностями расселения населения и экономического освоения, а также исключительной "чувствительностью" экосистем к воздействиям. В отличие от экосистем более южных температурных поясов, здесь более ограничен набор доминантов и массовых видов растений и животных, а также глубже их дифференциация по функциям в сообществе. Уничтожение вида или сокращение численности его популяций влечет за собой значительную перестройку всей пищевой цепи и экосистемы в целом (Тишков и др., 2001).

Для того чтобы изучить особенности функционирования сообществ, необходимо, прежде всего, оценить их структурные характеристики, т.е. видовой состав, численность особей отдельных популяций, экологические особенности отдельных видов, тип их питания и т.д. (Винберг, 1981). Структура сообществ организмов или экосистем, характеризуемая числом входящих в них видов, их численностью, степенью доминирования, трофическими, конкурентными и другими видами взаимоотношений, может меняться во времени и пространстве, а также под влиянием различных факторов среды, в том числе и антропогенных (Алимов, 2000).

В связи с этим одной из наиболее актуальных задач современной гидробиологии становится изучение долговременных изменений, происходивших в структурно-функциональной организации водных экосистем в их геологическом и историческом прошлом. Осуществлять реконструкцию изменений, происходивших на протяжении онтогенеза той или иной гидроэкосистемы, позволяет использование палеолимнологических подходов в исследованиях. При этом, для реконструкции событий в прошлом используются различные биостратиграфические методы, основанные на анализе останков различных представителей водной флоры и фауны, которые хорошо сохраняются в донных отложениях (ДО) озер.

Хирономиды (Diptera: Chironomidae) представляют собой богатую видами группу двукрылых насекомых, обильную во всех природно-климатических зонах обоих полушарий. В большинстве континентальных водоемов личинки этой группы насекомых, образ жизни которых связан с поверхностью донных отложений, доминируют среди прочих групп беспозвоночных животных, что определяет высокое обилие и их останков, накапливающихся из года в год в ДО. Экологический облик большинства видов хирономид разнообразен и достаточно резко очерчен, что, наряду с их высоким обилием, позволяет использовать останки этих беспозвоночных при реконструкции как естественных изменений природной среды и климата, так и обусловленных нарастающей антропогенной нагрузкой.

Важнейшими задачами гидробиологии и гидроэкологии можно считать оценку состояния и прогнозирование возможных изменений водных экосистем под влиянием внешних, особенно антропогенных, факторов, определения оптимальных условий и степени эксплуатации экосистем (Алимов, 2000). В связи с этим, возможность с применением палеолимнологических методов проследить тренды изменения экосистемы в историческом прошлом на длительном отрезке времени, делает палеолимнологическое направление, в сочетании с более традиционным неолимнологическим направлением в исследованиях, весьма перспективным при изучении особенностей структурно-функциональной организации водных экосистем в эпоху антропогенного преобразования биосферы.

Цель работы: выявить основные закономерности изменения структуры комплексов хирономид по их останкам в донных отложениях разнотипных озер Кольского полуострова при долговременных изменениях природной среды и климата.

В задачи исследований входило:

- определение типологического облика каждого из группы исследуемых водоемов центральной части Кольского полуострова;

- изучение и сравнение основных структурных характеристик палеокомплексов хирономид исследуемых водоемов в период, предшествовавший индустриальному освоению региона;

- изучение основных этапов становления и развития фауны хирономид, а также изменения в структуре палеокомплексов этих беспозвоночных субарктического озера на протяжении голоцена в ответ на изменения природной среды и климата; 7

- исследование и анализ закономерностей в изменении структуры комплексов хирономид при долговременном аэротехногенном загрязнении озер;

- изучение закономерностей в изменении структуры комплексов хирономид при эвтрофировании и длительном загрязнении озер металлами со сточными водами промышленных предприятий.

Автор считает своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность своим научным руководителям член-корр. РАН, профессору Т.И. Моисеенко и к.б.н. Б.П. Ильяшуку, отдавших немало сил и времени для завершения данной работы. Автор также выражает благодарность д.г.н. В.А. Даувальтеру за своевременные и полезные советы, к.г.н. Л.П. Кудрявцевой за предоставленные данные по гидрохимии исследованных озер, химикам-аналитикам Н.П. Воеводиной и Г.С. Платоненковой за выполнение химического анализа ДО из исследованных озер, к.г.н. Л .Я. Каган за доброе отношение, проявленный интерес к работе, полезные замечания и консультации. Автор признателен сотруднику Геологического института Кольского НЦ РАН к.г.н. В.В. Колька, за любезно предоставленную для наших исследований длинную колонку ДО и ряд ценных консультаций. Автор благодарен всем сотрудникам лаборатории водных экосистем Института проблем промышленной экологии Севера Кольского НЦ РАН за помощь в проведении полевых исследований и творческую поддержку.