CC BY
79
УДК 565.324
Л. А. Фролова, Л. И. Гафиатуллина, С. Веттерих, Л. А Ушницкая
АНАЛИЗ РЕЦЕНТНЫХ ОСТАТКОВ ВЕТВИСТОУСЫХ РАКООБРАЗНЫХ (CLADOCERA, BRANCHIOPODA) ПОВЕРХНОСТНЫХ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ РЯДА ВОДОЕМОВ ЯКУТИИ
Якутские озерные экосистемы имеют высокую экономическую и коммерческую ценность. Их недостаточная изученность создает предпосылки для комплексных исследований. Для оценки состояния окружающей среды территории и для отражения истории развития водных объектов используются биологические показатели, среди которых большое значение имеют кладоцеры. Представлены результаты сравнительного анализа видового состава кладоцерных палеосообществ 17 пресноводных водоемов на острове Б. Ляховский, севере Якутии и 24 озер Центральной Якутии. Были определены индивидуальные предпочтения водных организмов к некоторым гидрохимическим параметрам. Было отмечено влияние концентраций НС03-, А13+, Са2+ на относительную численность некоторых видов ветвистоусых. В результате этой работы были получены новые данные о возможностях использования пресноводных беспозвоночных в мониторинге происходящих изменений и построения прогнозов на будущее.
Ключевые слова: СМосега, озеро, остров Большой Ляховский, Центральная Якутия, видовой состав, гидрохимические показатели воды.
L. A. Frolova, L. I. Gafiatullina, S. Wetterich, L. A. Ushnitskaya
Analysis of Cladocera Community Remains (Oadocera, Branchiopoda) of Surface Bed Deposits in Some of Yakut Water Bodies
The Yakut lake ecosystems have high economic and commercial value. Because of the inactive investigation of them there are preconditions for complex studies. For assessing the state of the environment of the territory and for reflection the history of development of water bodies biological indicators, among which cladocerans are of great value, are used. There are results of a comparative analysis of species composition of cladoceran paleocommunities of 17 freshwater bodies of the Great Lyakhovsky Island, the Northern Yakutia and 24 lakes of the Central Yakutia. The individual preferences of aquatic organisms to several hydrochemical parameters were identified. The influence of concentration of HCO3-, Al3+, Ca2+ on the relative abundance of some species of cladocerans was pointed out. As a result of this work the new data of the possibilities of freshwater invertebrates using to monitor ongoing changes and making forecast for the future were obtained.
Key words: Cladocera, lake, the Great Lyakhovsky Island, the Central Yakutia, species composition, water hydrochemical parameters.
ФРОЛОВА Лариса Александровна - к. б. н., доцент кафедры зоологии и общей биологии Института фундаментальной медицины и биологии Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: larissa.frolova@mail.ru
FROLOVA Larisa Aleksandrovna - Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Department of Zoology and General Biology, the Institute of Basic Medicine and Biology, Kazan (Volga Region) Federal University.
E-mail: larissa.frolova@mail.ru
ГАФИАТУЛЛИНА Лилия Ильгисовна - техник-проектировщик Научно-исследовательской лаборатории палеомагнетизма и магнетизма горных пород кафедры геофизики и геоинформационных технологий института геологии и нефтегазовых технологий Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: lilyagafiatullina@yandex.ru
GAFIATULLINA Liliya Ilgisovna - Detailer of the Research Laboratory of Palaeomagnetism and Magnetism of Roach of the Department of Geophysics and Geoinformational Technologies,
the Institute of Geology and Oil and Gas Technologies, Kazan (Volga Region) Federal University.
E-mail: lilyagafiatullina@yandex.ru
ВЕТТЕРИХ Себастьян (Sebastian Wetterich) - доктор естественных наук Института полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера.
E-mail: sebastian.wetterich@awi.de
WETTERICH Sebastian - Doctor of Natural Sciences of Alfred Wegener Institute.
E-mail: sebastian.wetterich@awi.de
УШНИЦКАЯ Лена Алексеевна - н. с. Российско-Германской лаборатории БИОМ Северо-Восточного федерального университета имени М.К. Аммосова.
E-mail: ulena-77@mail.ru
USHNITSKAYA Lena Alexeyeevna - Scientific Researcher of the Russian-German Laboratory for the Study of Arctic Ecosystems by Biological Monitoring of the Institute of Natural Sciences, the North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov.
E-mail: ulena-77@mail.ru
Введение
Познание механизма изменений природных условий в прошлом является важным шагом к пониманию современных процессов, происходящих в природе. Исследование вековой динамики основных компонентов экосистем даёт возможность долгосрочного прогнозирования экологической обстановки, позволяет оценить степень антропогенного нарушения биогеоценозов и оптимизировать природопользование. Перспективным объектом для изучения вековой динамики экосистем являются ветвистоусые ракообразные, встречаемые в отложениях различного генезиса [1].
Раковины, головные щиты, постабдомены и концевые коготки ветвистоусых являются наиболее часто обнаруживаемыми остатками беспозвоночных в озерных отложениях. Они играют важную роль в накоплении информации и данных об изменении окружающей среды, а также факторах, оказывающих влияние на биоту, таких как климатические изменения, изменения уровня трофности и кислотности, а также изменения уровня воды [1-2].
Гидрологические, гидробиологические и палеоэкологические исследования проводились на 41 водоеме на севере Якутии и в Центральной Якутии. На севере Якутии пробы отбирали вдоль побережья моря Лаптевых и в южной части острова Большой Ляховский (141°20'-141°30' в. д. и 73o20'-73o22' с. ш.). Размеры исследованных водоемов на севере Якутии изменялись в пределах от 2x5 м до 20x100 м, средняя глубина составила 0,7±0,2 м. Всего на территории 17 водоемов в июле 2007 г. комплексной Российско-германской экспедицией «The Expedition Lena - New Siberian Islands 2007» по изучению системы моря Лаптевых было отобрано 34 палеолимнологических проб озерного седимента. В течение летнего сезона 2010 г. производился отбор проб из 24 озер в Центральной Якутии, расположенных между 121°08'-123°08' в. д. и 63°04'-64°31' с. ш. В Центральной Якутии большинство исследованных озер были термокарстового или старичного происхождения, небольшие по размерам и простые по морфометрии. Глубина исследованных в Центральной Якутии озер колебалась от 0,8 до 4 м (M±m=1,8±0,2).
Климат региона исследований на севере Якутии и на побережье моря Лаптевых арктический континентальный. Продолжительность безморозного периода не превышает 43-51 день [3]. Следовательно, неглубокие реки и озера покрыты льдом и часто промерзают до дна как минимум в течение девяти месяцев в году, что значительно ограничивает вегетационный период для таких водных беспозвоночных, как ветвистоусые ракообразные [4].
Современная климатическая ситуация, сложившаяся на территории Центральной Якутии, также опре-
деляется резко-континентальными условиями. Континентальность выражается в сезонных контрастах, характерных для значений январских и июльских температур, равных -41 °C и +18°C соответственно, количество годовых атмосферных осадков составляет порядка 250 мм. Летом здесь испарение превосходит над количеством осадков в четыре раза и больше [5].
Материал и методы
Материалом для данных исследования послужили пробы поверхностных донных отложений (0 - 1 см) полигональных водоемов и озер. Пробы отбирали стратифицированным дночерпателем Экмана-Берджа в модификации Ленца. Параллельно с отбором проб биологических индикаторов для характеристики экологических условий существования водных организмов определялись основные морфологические, гидрологические, гидрохимические показатели водоемов, а именно: высота озера над уровнем моря, тип растительного сообщества на прилегающей территории, площадь озер, максимальная глубина, прозрачность по диску Секки, температура воды, pH, удельная электропроводность. Кроме того, в лаборатории Института полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера (Потсдам, Германия) в отобранных образцах воды были определены растворенный органический углерод, хлориды (Cl-), сульфаты (SO42-), силикаты (Si4+), нитриты (NO2-), нитраты (NO3-), аммоний (NH4+), общий фосфор (P), карбонаты (HCO3-), а также некоторые металлы (Al3+, Ca2+, Fe б , Mg2+, Mn2+, Na+).
v ' ' общее" ° " " '
Для карцинологического анализа отобранный седимент поверхностных был подвергнут химической пробоподготовке по методике, предложенной впервые Д. Фраем [6] и Б. Ханном [2], а позднее усовершенствованной А. Корхола и М. Раутио [7]. Для оценки индекса видового разнообразия в водоемах на основе относительной численности кладоцерного сообщества использовался индекс Шеннона-Уивера. Для оценки влияния гидрохимических параметров на состав кладоцерных сообществ наилков был использован статистический анализ ANOVA (программа STATISTICA).
Результаты и обсуждение
В результате исследования образцов, отобранных на побережье моря Лаптевых в 2007 г., в составе рецентных сообществ водоемов было отмечено 20 таксонов кладоцер, наиболее многочисленными и часто встречающимися из которых были Chydorus sphaericus (O.F. Müller), Alona affinis (Leydig, 1860), Alona quadrangularis (O. F. Müller, 1776), Bosmina longirostris (O. F. Muller, 1785), Alona guttata/rectangula, Eurycercus sp.
В ходе проведенного исследования фауны кладоцер Центральной Якутии в поверхностных слоях донных отложений озер отмечено 34 таксона.
Таблица
Относительная численность Cladocera (M±m) в зависимости от концентраций ионов в воде в исследованных водоемах
Водоемы о-ва Б. Ляховский
Таксон/концентрация ионов Ca2+<10 мг/л Ca2+10-20 мг/л Ca2+>20 мг/л
Alona affinis 20,7±4,6 12,0±5,1 /6,8±1,4
Eurycercus sp. 7,0±2,2/ 6,0±2,5 1,0±0,7
Водоемы Центральной Якутии
Таксон/концентрация ионов Ca2+<10 мг/л Ca2+10-20 мг/л Ca2+>20 мг/л
Alona guttata tuberculata 0,8±0,5 0 0,1±0,01
Alonella nana 20,3±10,3 5,8±1,9 5,4±1,4
Eurycercus lamellatus 5,8±3,0 1,2±0,4 2,3±0,7
Al3+<20 мкг/л Al3+ 20-50 мкг/л Al3+>50 мкг/л
Pleuroxus trigonellus 0,5±0,3 0,6±0,1 1,7±0,3
HCO3-<50 мг/л HC03-50-100 мг/л HC03->100 мг/л
Alonella nana 18,8±8,1 7,3±3,2 4,7±1,2
Chydorus sp. 0,6±0,6 3,8±3,1 0,4±0,2
По биотипической принадлежности большинство определенных ветвистоусых ракообразных обоих районов исследований северо-востока Сибири принадлежит к числу литоральных.
С целью сравнения индексов видового разнообразия сообществ ветвистоусых ракообразных в исследованных регионах проводили статистический анализ средних значений индексов Шеннона-Уивера, воспользовавшись критерием Манн-Уитни, поскольку в ходе исследования на нормальность получено непараметрическое распределение. В результате были получены достоверные различия по индексу Шеннона-Уивера — средние значения достоверно выше в образцах, отобранных в Центральной Якутии (2,7±0,1), по сравнению с индексами на севере Якутии (2,2±0,1). Таким образом, для водоемов Центральной Якутии достоверно отмечено большое видовое богатство кладоцерных сообществ по сравнению с водоемами в суровых климатических условиях арктического побережья моря Лаптевых.
Статистический анализ ANOVA проводился для выявления влияния гидрохимических параметров, а именно концентраций ионов воды на состав кладоцерных сообществ. В результате проведенного статистического анализа для водоемов Центральной Якутии выявлена достоверная взаимосвязь между относительной численностью таксонов Alonella nana (Baird, 1843), Chydorus sp. и содержанием гидрокарбонатов (HCO3-) в водоемах (таблица). Для Pleuroxus trigonellus (O. F. Müller, 1776) отмечено достоверное увеличение относительной численности в сообществах при повышении концентраций ионов алюминия (Al3+) в воде, максимальная относительная численность этого таксона отмечалась при содержании алюминия >50 мкг/л. Численность Alonella nana и
Eurycercus lamellatus O. F. Müller, 1785 достоверно отрицательно коррелировала с концентрацией ионов кальция (Ca2+) в водоемах.
На побережье моря Лаптевых отмечено увеличение численности Eurycercus sp. с увеличением содержания гидрокарбонатов (HCO3-) в воде. При снижении концентрации ионов алюминия (Al3+) в воде относительное количество остатков Alona affinis и Eurycercus sp., напротив, достоверно снижается в образцах. Для Camptocercus rectirostris отмечено, что увеличение концентрации ионов кальция (Ca2+) в воде негативно влияет на численность таксона.
Заключение
Таким образом, были выявлены достоверные различия в относительной численности рецентных остатков кладоцер отдельных таксонов в зависимости от гидрохимических показателей воды в исследованных водоемах.
Исследование выполнено за счет средств субсидии, выделенной Казанскому федеральному университету для выполнения государственного задания в сфере научной деятельности, и при поддержке гранта BMBF „Otto-Schmidt-Labor für Polar- und Meeresforschung" (FKZ 03PL043A, Projektnr.: D1551, OSL-14-07), проекта РФФИ 13-05-00327.
Л и т е р а т у р а
1. Фролова Л. А. Ветвистоусые ракообразные (Cladocera LATREILLE, 1829, Branchiopoda, Crustacea) в палеоэкологических исследованиях // Методические подходы к использованию биологических индикаторов в палеоэкологии / науч. ред. Л. Б. Назарова. - Казань: Казан. ун-т, 2011. - С. 52-88.
2. Hann B. J. Cladocera: Methods in Quaternary Ecology // Geoscience Canada. 1989. Vol. 16. - P. 17-26.
3. Чистяков Г. Е. Водные ресурсы рек Якутии. - М. : Наука, 1964. - 255 с.
4. Куницкий В. В. Криолитология низовья Лены. -Якутск: ИМЗ СО АН СССР, 1989. - 162 с.
5. Popp S. Late Quaternary environment of Central Yakutia (NE' Siberia): Signals in frozen ground and terrestrial sediments. Reports on Polar Research, 2006. - 80 p.
6. Frey D. Cladocera analysis // Handbook of Holocene Palaeoecology and Palaeohydrobiology /B. E. Berlung (ed). John Wiley & Sons Ltd., 1986. - Р. 667-693.
R e f e r e n c e s
1. Frolova L. A. Vetvistousye rakoobraznye (Cladocera LATREILLE, 1829, Branchiopoda, Crustacea) v
paleoekologicheskikh issledovaniakh// Metodicheskie podkhody k biologicheskikh indikatorov v paleoecologii / nauch. red. L. B. Nazarova. Kazan: Kazan. un-t, 2011. - S. 52-88.
2. Hann B. J. Cladocera: Methods in Quaternary Ecology // Geoscience Canada. 1989. Vol. 16. - P. 17-26.
3. Chistyakov G. E. Vodnye resursy rek Yakutii. M. : Nauka, 1964. - 255 s.
4. Kunishkiy V. V. Kriolitologija nizovia Leny: IMZ SO AN SSSR, 1989. - 162 s.
5. Popp S. Late Quaternary environment of Central Yakutia (NE' Siberia): Signals in frozen ground and terrestrial sediments. Reports on Polar Research, 2006. - 80 p.
6. Frey D. Cladocera analysis // Handbook of Holocene Palaeoecology and Palaeohydrobiology /B. E. Berlung (ed). John Wiley & Sons Ltd., 1986. - P. 667-693.
^iHSr^Sr
