Биомониторинг экологических систем Центрального Кавказана основе модельных групп амфибионтных насекомых

Abstract

Bicmonitoring of ecological systems of the Central Caucasus based on model groups of amphibious insects

Sergei G. Kozminov, Khasan Al. Ketenchiev, Susanna K. Cherchesova,

Iya E. Dzhioeva, Vitaly I. Mamaev

Keywords: Dragonflies, Odonata, biomonitoring, amphibious insects, ecological systems, Central Caucasus

Введение

В настоящее время актуальна проблема сохранения видового разнообразия и рационального пользования природными ресурсами. Охрана окружающего мира, должна базироваться на интеграции различных подходов, на основе комплексного изучения взаимодействия всех уровней организации живой природы [1]. Решение возможно с принятием мер по обеспечению длительного функционирования и стабильности всех видов экологических систем, нарушенных и ненарушенных антропогенным воздействием. Влияние негативных техногенных процессов на биологическое разнообразие, устойчивое развитие и функционирование экосистем, определяет экологическую безопасность как защищенность окружающей среды [2].

В этом плане биомониторинг, призван решить ряд экологических и биологических задач по обеспечению сохранения таксономического разнообразия, уменьшению различного вида загрязнения на экосистемы. На основе экологического мониторинга возможно решение вопросов экологической безопасности, а также соблюдение норм и принципов рационального природопользования [3].

Основываясь на биомониторинге возможно принципиально улучшить схему слежения за состоянием экосистем любого типа. В этом плане наиболее интересна группа амфибионтных насекомых, как всецело зависящая в своем развитии, как от водной, так и наземно-воздушной среды, которые во многих водоемах, их экосистемах и биотопах доминируют по количественным показателям, биомассе и числу видов [4].

Среди них - представители отряда стрекоз Odonata, известные своей морфологической пластичностью, биологическим прогрессом, высокой подвижностью имаго и обитанием в интразональных биотопах, представители которого занимают нишу активных хищников [5]. Имаго и личинки стрекоз активно заселяют водные и наземные как естественные, так и урбанизированные экосистемы различного типа, активно трансформируют вещество и энергию от низших трофических уровней к высшим. Имагинальная и преимагинальная фазы стрекоз как важнейший компонент живой природы, взаимосвязаны как с биотическими, так и абиотическими факторами, которые определяются взаимоотношениями с другими живыми организмами и неорганической окружающей средой. Большинство таксонов стрекоз достаточно чувствительны к изменению физико-химическому составу среды обитания, загрязнению водоемов, изменению стока рек и ухудшению качества воды, что дает возможность использовать потенциальную биоиндикаторную роль стрекоз в экологическом мониторинге, которую надо разрабатывать на модельных видах и их популяциях [6-8].

Исходя из важнейшей актуальности познания биоиндикаторной роли стрекоз в экологическом мониторинге, мы поставили перед исследованием цель: проанализировать распространение и состав сообщества стрекоз в сравнительном аспекте, определить некоторые эколого-биологические и адаптивные особенности различных таксонов в фоновом мониторинге при биоиндикации качественного состава природной среды.

Материалы и методы

Исследование распределения стрекоз по высотно-поясному и горизонтальному вектору, определению видов индикаторов среды было проведено на различных наземных, околоводных и водных равнинных (до 500 м н.ум.), предгорных (500 - 1000 м н.ум.) и горных (1000 - 2500 м н.ум.) экосистемах Центрального Кавказа различного происхождения в Кабардино-Балкарской республике. При проведении полевых работ, которые велись в течение вегетационного периода, использовался маршрутный метод (100 м), а также облов площадок 10 - 15 м². Сбор, видовая идентификация и камеральная обработка осуществлялись по общепринятым методикам энтомологических исследований [9-12].

Результаты и их обсуждение

При определении видов биоиндикаторов, надо учитывать не только высокую морфологическую пластичность, но и многие биологические особенности, такие как сезонная изменчивость, время лета, места обитания, ведущие к дифференциации видового состава. Стрекозы образуют сообщества под влиянием физико-географических условий, что связано с биологическими особенностями видов, влияние биологических особенностей в первую очередь действует на проникновение в горы видов южного происхождения, северные могут жить только в горах.

Основу фауны стрекоз Центрального Кавказа слагает автохтонное ядро таксонов, которое было сформировано историческими взаимодействующими факторами, такими как: благоприятный для обитания и развития стрекоз теплый климат; достаточно оптимальный режим влажности для прохождения амфибионтного образа жизни. Изменение экологической среды обитания, оказывающее сильное давление на стрекоз имеет как негативное, так и позитивное влияние. Негативное влияние определяется не только в уничтожении водоемов, необходимых для развития преимагинальной фазы, а также в их загрязнении, что ограничивает полный цикл развития вплоть до метаморфоза и вылета имаго. Позитивная сторона антропогенного воздействия заключается в создании новых водоемов и искусственных экосистем, которые оказываются подходящими для развития личинок, метаморфоза и вылета имаго. Это определяет фундаментальные основы исследований фаунистических подвижек, видового разнообразия, адаптивных, экологических и биологических особенностей, поиск видов биоиндикаторов природной среды, как среди имаго, так и личинок стрекоз.

Главнейший абиотический фактор, определяющий и сдерживающий распространение стрекоз в экосистемах является температурный режим водоемов, являющихся местом обитания, где происходит развитие преимагинальной фазы. Таксономический состав, распределение и структура сообщества стрекоз зависит от температуры и ее динамики в течение длительного времени, который к тому же влияет на биомассу естественной кормовой базы, скорость метаболизма и развития пре- имагинальной стадии.

Анализ температурного режима водоемов Центрального Кавказа в высотно-поясном аспекте показывает определенное расхождение как по температурной динамике водных экосистем, так и сдвигу максимального достижения температуры в сторону летнего периода. При заселении горной зоны стрекозы или увеличивают количество личиночных стадий, при уменьшении их времени развития, либо увеличение длительности развития стадий, с общим уменьшением размеров тела и их частей. Нами отмечено уменьшение размеров тела у личинок стрекоз видов Libellula depressa L., Sympetrum meridionale Selys, Coenagrionpuella L., при продвижении к обитанию в водоемах горной зоны, что показывает на достаточно неблагоприятные, контрастно меняющиеся условия мест обитания в горных экосистемах, а также адаптационной пластичностью данных таксонов южного происхождения. Северные по происхождению виды, такие как Aeshna cyanea M^ler создающие изолированные ареалы [13], свое преимагинальное развитие проходят в горных низкотемпературных водоемах, хотя активно подвижное имаго встречается в предгорной зоне, или может залетать на равнину. Немаловажным для определения таксономического состава и сообщества стрекоз является характеристика естественной кормовой базы. Представители разных подотрядов, хотя и являются хищниками, однако имеют свои локальные спектры питания. Видовой состав подотряда Anisoptera состоит из достаточно крупных форм, естественная кормовая база которых в горных условиях достаточна по количеству и качеству для развития преимагинальной и имагинальной стадий. В основу кормовой базы представителей подотряда Zygoptera входит зоопланктон, который резко обедняет свои количественные и качественные показатели в предгорных и горных водоемах. Надо отметить, что присутствие околоводной и водной растительности оказывает непосредственное влияние на таксономический и количественный состав стрекоз Zygoptera, личинки и имаго которого используют растительность в качестве субстрата для метаморфоза, или укрытия и отдыха. Стрекозы подотрядаAnizoptera, среди которого много форм личинок ведущих придонный образ жизни, мало подвержены характеру смены растительности. Однако, структура грунта по таким показателям, как включение в состав ила и детрита, образование его комплекса, формируется в результате присутствия околоводной и водной растительности. Состав естественной кормовой базы определяется количественными показателями и биомассой растительности, влиянием их на состав биогенных веществ в воде, развитие зоопланктона и других форм беспозвоночных, бентосных организмов, являющихся кормовыми объектами личинок стрекоз.

Количественный и качественный анализ водоемов по высотному вектору Центрального Кавказа показывает на значительное расхождение как в наличии удобных водных биотопов для обитания стрекоз, так и характеру сапробности, или загрязнения органическими веществами. Водоемы равнины, в меньшей степени предгорья, состоят из полисапробных и мезосапробных биотопов. Редкие олигосапробные биотопы представлены неоднородно и подпитываются из родниковых вод, или образуются в результате таяния льда. Водные экосистемы гор, в основном, состоят из олигосапробных биотопов, полисапробные и мезосапробные биотопы представляют собой различные мелководные заливы, затоны, или временные лужи. Расхождение в градиенте сапробности водоемов равнинной, предгорной и горной зон связано со спуском богатых кислородом чистых ледниковых вод в равнинную зону, накоплением на своем пути различных органических веществ и прогревом воды. Распределение таксономического состава стрекоз показало, что в равнинных водоемах обитают личинки стрекоз, относящиеся к подотрядам Anizoptera (7 видов), Zygoptera (5 видов), Caloptera (1 вид), в предгорных водо емах - Anizoptera (5 видов), Zygoptera (4 вида), Caloptera (1 вид), в горных - Anizoptera (4 вида), Zygoptera (2 вида). Большинство таксонов характерно для равнины и предгорья, их места обитания связаны с эвтрофированными биотопами, характерными для полисапробных водоемов с сильным загрязнением. Для них наиболее характерными видами индикаторами являются: Libellula depressa L., Sympetrum meridionale Selys, Orthetrum cancellatum L., O. albistylum Selys, Crocothemis erythraea Brulle, Coenagrionpuella L. Для мезосапробных биотопов с умеренным загрязнением характерны: Lestes sponsa Hansemann, L. dryas Kirby, C. pulchellum Van der Linden, Platycnemispennipes Pallas, Anax imperator Leach, Erythromma najas Hansemann. Для олигосапроб- ных биотопов, с отсутствием органического загрязнения в воде, или его малым количеством, характерны личинки стрекоз Aeschna cyanea Muller и Calopteryx splendens Harris. экологический амфибионтный стрекоза

Приуроченность стрекоз к тем, или иным биотопам, различающихся по характеру сапробности, а также по высотному вектору может быть связанным не только с экологическими особенностями различных таксонов переживать неблагоприятные условия и развиваться в различных по физикохимическому составу водной среды, а также быть связанным с биологическими процессами и условиями их протекания. Одним из главнейший явлений, характеризующих сообщество стрекоз и его таксономический состав, является метаморфоз, вылет и разлет имаго, несущей репродуктивную функцию, определяющей возможность распространения стрекоз и освоение новых мест обитания и территорий. Главным внешним фактором среды, определяющим начало и прекращение вылета, лета имаго, его период, является среднесуточная температура воздуха [14], а также с температурной динамикой в течение вегетационного периода и достижения оптимальных величин. Сопоставление времени метаморфоза и температуры воды и воздуха показало, что основной вылет имаго связан со сдвигом от конца апреля к июню от равнины в горы, при прогреве воды до 16-18 °С. При этом, на равнине и предгорье максимальная температура воздуха составила диапазон 21-23 °С, а в горной зоне 18-20 °С [15]. Метаморфоз и вылет связан с индивидуальными эколого-биологическими особенностями различных таксонов, их происхождением, историческим развитием и возможностями адаптироваться к температурной динамики водоемов и наземных экосистем различных по составу Становление фаунистического комплекса, а также состава популяций и сообществ стрекоз глубоко связаны с экологическими и биологическими адаптациями не только к выживанию в изменяющихся условиях обитания, а также возможности заселения новых мест обитания, как по высотному, так и горизонтальному вектору.

Заключение

Формирование личиночного населения, сообществ имаго стрекоз, распределение таксонов по различным наземным и водным биотопам определяется взаимодействием физико-химическими комплексами фактором среды обитания и эколого-биологическими особенности разных видов. Познание такого взаимодействия, определяет пути и возможности использования преимагинальной и имагинальной фаз развития в качестве модельной группы при экологическом мониторинге экосистем. Приуроченность отдельных видов к определенным местам обитания, характеризующихся в разной степени загрязнением органическими веществами и продуктами их окисления, дает возможность использовать стрекоз 14 видов в качестве биоиндикаторов и организации фонового мониторинга экосистем Центрального Кавказа. Как амфибионтные организмы стрекозы четко улавливают изменения водной, так и наземно-воздушной среды, связаны с абиотическими факторами и их динамики. Учитывая взаимодействие условий мест обитания и биологии личинок, а также имаго стрекоз имеется возможность определить комплекс благоприятных и неблагоприятных факторов для развития стрекоз. Каждый из факторов взаимодействует друг с другом, не является определяющим состав популяций, природных сообществ и биология отдельных таксонов, динамично действует через все жизненные циклы на биоразнообразие стрекоз в экосистемах, определяет возможность развития не только в привычных местах обитания, но и заселять вновь образующиеся.

Список источников

1. Яблоков А.В., Остроумов С. А. Охрана живой природы: Проблемы и перспективы. Москва: Лесная промышленность. 1983. 268 с.

2. Савинов А.Б., Басуров В. А. Биологические и социальные аспекты экологической безопасности в настоящем и будущем // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Биология. 2014. J№ 3 (1). С. 78-85.

3. Крапивина Е.А., Козьминов С.Г. Использование модельных групп живых организмов в экологическом мониторинге экосистем западной части Центрального Кавказа // Развитие регионов в XXI веке. Владикавказ. 2013. N° 1. С. 288-291.

4. Голубков С.М. Функциональная экология личинок амфибиотических насекомых. Труды Зоологического института РАН. СПб.: СПбГУ 2000. Т. 284. 284 с.

5. Родендорф Б.Б. Инфракласс Libellulones. Стрекозообразные. Историческое развитие класса насекомых. М.: Наука. 1980. 256 с.

6. Кетенчиев Х.А., Харитонов А.Ю. Стрекозы Средиземноморья. Нальчик: Эль-Фа. 1999. 116 с.

7. Козьминов С.Г., Кетенчиев Х.А. Личинки стрекоз как биоиндикаторы водных экосистем // Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий. Краснодар. 1999. С. 115-116.

8. Титар В.М., Кульчитский С.С. Популяционный мониторинг зоны антропогенного воздействия на примере двух видов стрекоз // Проблемы экологии горных регионов. Душанбе. 1989. С. 25-30.

9. Попова А.Н. Личинки стрекоз фауны СССР (Odonata). М.-Л.: АН СССР. 1953. 235 с.

10. Кетенчиев Х.А., Харитонов А.Ю. Определитель стрекоз Кавказа. Нальчик: КБГУ 1998. 120 с.

11. Фасулати К.К. Полевое изучение наземных беспозвоночных. Москва: Высшая школа, 1971. 424 с.

12. Кетенчиев Х. А., Козьминов С.Г. Личинки стрекоз (Odonata) Кавказа. - Нальчик: КБГУ, 2001. 93 с.

13. Белышев Б.Ф., Харитонов А.Ю. География стрекоз (Odonata) Бореального фаунистического царства. Новосибирск: Наука, 1981.279 с.

14. Белышев Б.Ф., Харитонов А.Ю., Борисов С.Н. Фауна и экология стрекоз. Новосибирск: Наука, 1989. 207 с.

15. Козьминов С.Г Распространение и особенности экологии личинок стрекоз (Odonata) на Центральном Кавказе // Проблемы водной энтомологии России и сопредельных территорий. Владикавказ. 2019. С. 67-72.

References

1. Yablokov A.V., Ostroumov S.A. Wildlife Conservation: Problems and Prospects. Moscow: Timber industry; 1983. (In Russ.).

2. Savinov A.B., Basurov V.A. Biological and social aspects of environmental safety in the present and future. Bulletin of the Nizhny Novgorod University named after N.I. Lobachevsky. Biology. 2014;3(1): 78-85. (In Russ.).

3. Krapivina E.A., Kozminov S.G. The use of model groups ofliving organisms in ecological monitoring of ecosystems in the western part of the Central Caucasus. Development of regions in the XXI century. 2013;(1): 288-291. (In Russ.).

4. Golubkov S.M. Functional ecology of larvae of amphibiotic insects. Proceedings of the Zoological Institute of the Russian Academy of Sciences. Vol. 284. St. Petersburg: St. Petersburg State University; 2000. (In Russ.).

5. Rodendorf B.B. Infraclass Libellulones. Dragonflies. Historical development of the class of insects. M.: Science; 1980. (In Russ.).

6. Ketenchiev Kh.A., Kharitonov A.Yu. Dragonflies of the Mediterranean. Nalchik: El-Fa; 1999. (In Russ.).

7. Kozminov S.G., Ketenchiev Kh.A. Dragonfly larvae as bioindicators of aquatic ecosystems. Topical issues of ecology and environmental protection of ecosystems in the southern regions of Russia and adjacent territories. 1999: 115-116. (In Russ.).

8. Titar V.M., Kulchitsky S.S. Population monitoring of the zone of anthropogenic impact on the example of two species of dragonflies. Problems of ecology of mountain regions. 1989: 25-30. (In Russ.).

9. Popova A.N. Dragonfly larvae of the fauna of the USSR (Odonata). M.-L.: Academy of Sciences of the USSR; 1953. (In Russ.).

10. Ketenchiev Kh.A., Kharitonov A.Yu. Key to dragonflies of the Caucasus. Nalchik: KBGU; 1998. (In Russ.).

11. Fasulati K.K. Field study of terrestrial invertebrates. Moscow: Higher School; 1971. (In Russ.).

12. Ketenchiev Kh.A., Kozminov S.G. Larvae of dragonflies (Odonata) of the Caucasus. Nalchik: KBGU; 2001. (In Russ.).

13. Belyshev B.F., Kharitonov A.Yu. Geography of dragonflies (Odonata) of the Boreal faunistic kingdom. Novosibirsk: Nauka; 1981. (In Russ.).

14. Belyshev B.F., Kharitonov A.Yu., Borisov S.N. Fauna and ecology of dragonflies. Novosibirsk: Nauka; 1989. (In Russ.).

15. Kozminov S.G. Distribution and features of the ecology of dragonfly (Odonata) larvae in the Central Caucasus. Problems of water entomology in Russia and adjacent territories. 2019: 67-72. (In Russ.).

Размещено на Allbest.ru