Экологические особенности цилиофауны малых рек окрестностей г. Х

На правах рукописи

ТРИБУН Михаил Маркович

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЦИЛИОФАУНЫ МАЛЫХ РЕК ОКРЕСТНОСТЕЙ г. ХАБАРОВСКА

Специальность 03.02.08 – экология. Биология (биологические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Хабаровск

2012

Работа выполнена на кафедре «Химия и экология» ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Научный руководитель:

Никитина Людмила Ивановна, доктор биологических наук, профессор, ДВГУПС.

Официальные оппоненты:

Кондратьева Любовь Михайловна, доктор биологических наук, профессор,

ФГБУН Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, лаборатория «Гидрологии и гидрогеологии», главный научный сотрудник.

Хлебович Татьяна Владимировна, кандидат биологических наук, ФГБУН Зоологический институт РАН, лаборатория «Пресноводной и экспериментальной гидробиологии», старший научный сотрудник.

Ведущая организация:

ФГАОУ ВПО «Дальневосточный федеральный университет» (г. Владивосток)

Защита состоится 24 января 2013 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 005.019.01 на базе ФГБУН Института водных и экологических проблем ДВО РАН по адресу: 680000, г. Хабаровск, ул. Ким Ю Чена, 65.

Факс: (4212) 32-57-55; e-mail: [email protected]

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института водных и экологических проблем ДВО РАН.

Автореферат разослан «___» декабря 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор биологических наук Н. А. Рябинин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Ухудшение качества окружающей среды вследствие ее загрязнения промышленными, сельскохозяйственными и коммунально-бытовыми отходами породило острые проблемы, связанные с нарушением экологического равновесия в экосистемах и биосфере в целом (Данилов-Данильян, Лосев, 2000; Алекперов, 2012).

Малые реки представляют собой самый многочисленный вид водных объектов на территории Дальневосточного региона. Осуществляя их постоянный мониторинг, можно прогнозировать дальнейшую судьбу более мощных и крупных водных артерий (Лызова, 2007; Гаретова, 2008). Сегодня водотоки рек Красная, Черная и Березовая испытывают серьезное антропогенное давление со стороны предприятий, коммунально-бытовых хозяйств и населения, поэтому изучение и дальнейшее сохранение биоразнообразия малых рек способствует формированию устойчивых экосистем. Составной частью биоценозов являются простейшие (Protista) и, в том числе, инфузории (Ciliophora), представляющие весьма специфичную трофическую группу. С одной стороны, цилиата – неотъемлемый компонент пищевого рациона других групп гидробионтов (коловраток, личинок беспозвоночных и мальков рыб), а с другой стороны – участники процесса разложения органического вещества. Инфузории являются неотъемлемым звеном в переносе энергии и вещества между трофическими уровнями в экосистеме. Не менее значимая роль цилиат – использование их в качестве индикаторов состояния окружающей среды.

В связи с вышеизложенным значением цилиатного населения, несомненно важным является изучение инфузорий малых рек окрестностей г. Хабаровска, выполняющих существенную функцию в процессах самоочищения водотоков. В целом, актуальность протозоологических исследований была обусловлена теоретической и практической значимостью цилиофауны для индикации состояния естественных биогеоценозов в условиях антропогенной нагрузки.

Цель исследования: выявление экологических особенностей инфузорий малых рек окрестностей г. Хабаровска и их роли как индикаторов уровня загрязнения водных объектов.

Задачи работы:

Исследовать фауну инфузорий малых рек окрестностей г. Хабаровска: Красная, Черная, Березовая.

Раскрыть особенности сезонной динамики цилиат. Изучить трофическую структуру сообществ инфузорий.

Проанализировать структуру сапробных комплексов цилиофауны в водотоках рек Красная, Черная и Березовая.

Оценить степень экологической пластичности инфузорий при воздействии абиотических и антропогенных факторов в ходе вторичной сукцессии.

Выявить особенности адаптивных признаков цилиат, обитающих в малых реках окрестностей г. Хабаровска.

Научная новизна. Впервые осуществлена инвентаризация видового состава инфузорий малых рек окрестностей г. Хабаровска. В результате было выявлено 55 видов цилиат, из них впервые для Среднего Приамурья было зарегистрировано 7 видов. Оценена степень экологической пластичности цилиофауны при воздействии температуры, дополнительной аэрации, солености воды и влияния нефтепродуктов. Несомненно важным элементом для любого устойчивого биоценоза является процесс вторичной сукцессии, подробно изложенный в представленной работе.

Практическая ценность работы. Результаты исследования подтверждают идею использования инфузорий в качестве индикаторов при мониторинге водных объектов. Полученные данные расширяют сведения о видовом составе, закономерностях формирования сапробных комплексов и экологических группах цилиофауны в условиях антропогенного пресса. Морфоэкологические особенности эврибионтных видов инфузорий используются в практике очистных сооружений г. Хабаровска как показатели работы аэротенков.

Представленный материал применяется в курсах лекционных и практических занятий по экологии, микробиологии и зоологии в Дальневосточном государственном университете путей сообщения, Дальневосточном государственном гуманитарном университете и Приамурском государственном университете им. Шолом–Алейхема.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

Основой цилиофауны малых рек окрестностей г. Хабаровска являются представители классов Oligohymenophorea (19 видов) и Spirotrichea (9 видов). Доминируют инфузории средней размерной группы (40–100 мкм), по типу питания преобладают бактерио-детритофаги.

В малых реках окрестностей г. Хабаровска преобладают мезосапробные виды инфузорий, что характеризует эти водотоки как среднезагрязненные.

Экологически пластичными видами цилиат для исследованных водотоков являются Paramecium caudatum, Blepharisma steini, Colpidium colpoda, Vorticella convallaria, что свидетельствует о возможности использования морфоэкологических особенностей данных видов как индикаторов работы очистных сооружений.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Всероссийской научно-практической конференции «Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования» (Хабаровск, 2010, 2012); VII Международной научно-практической конференции «Trans-Mech-Art-Chem» (Москва, 2010); XI Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (Нерюнгри, 2010); Школе – конференции молодых ученых Хабаровского края (Хабаровск, 2010, 2011); XIII и XIV Краевом конкурсе молодых ученых Хабаровского края (Хабаровск, 2010, 2011); Всероссийской молодежной научно-практической конференции с международным участием «Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке» (Хабаровск, 2011); I Международной научно-практической конференции «Современные зоологические исследования в России и сопредельных странах» (Чебоксары, 2011); I Дальневосточной междисциплинарной молодежной научной конференции «Современные методы научных исследований» (Владивосток, 2011); IV Международном Симпозиуме «Экология свободноживущих простейших наземных и водных экосистем» (Тольятти, 2011); Региональной научной конференции с международным участием «Биоразнообразие и экологические проблемы Приамурья и сопредельных стран» (Хабаровск, 2011); II Международной научно-практической конференции «Проблемы современной биологии» (Москва, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе 1 монография (в соавторстве), а также 3 статьи в журналах, рекомендованных перечнем ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и выводов. Работа изложена на 154 страницах, содержит 20 рисунков, 17 таблиц, 55 фотографий. Список литературы включает 274 источника, из которых 57 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Обзор литературы

В главе дан обзор степени изученности пресноводных инфузорий в России и за рубежом. Согласно литературным данным, исследования цилиатного населения малых рек г. Хабаровска ранее не проводились.

Особое внимание уделено вопросу использования простейших в качестве индикаторов при мониторинге состояния окружающей среды.

Глава 2. Объекты и методы исследования

Местом отбора проб послужили малые реки окрестностей г. Хабаровска – р. Черная, р. Красная и р. Березовая, которые испытывают значительные антропогенные нагрузки, находясь на урбанизированной территории. В работу включены данные, собранные в период с 2009 по 2012 гг. Отбор гидробиологических образцов осуществляли ежемесячно при помощи пробоотборников и модифицированного метода «стекол обрастания» (Трибун, 2010). Всего за время исследования было обработано свыше 230 проб.

Определение инфузорий производили с помощью следующих определителей: Kahl (1930–1935), Чорик (1968), Мажейкайте (1977), Corliss (1979), Фауна аэротенков (1984), Локоть (1987), Довгаль (1996), Никитина (1997), Алекперов (2005), Протисты (2007). Кроме того, использовали описания, представленные в работах: Шубернецкий (1983), Довгаль (1987), Дружинина (2002), Dovgal (2002).

В качестве фиксирующих смесей применяли: жидкости Карнуа и Да-Фано, кальций формол (по Бейкеру), 4%-ный нейтральный формалин и др.

Для прижизненной окраски инфузорий использовали следующие водные растворы: нейтральный красный (0,01%), метиленовый зеленый (0,0001%), эозин (0,1%). Выявление ресничного аппарата, перистома, ядерного аппарата, структуры цитоплазмы производили при помощи общепринятых методик, используемых в цитологии, гистологии, микробиологии и протистологии (Николюк и др., 1974; Натали, 1975; Никитина, 1997, 1998; Алекперов, 2005).

Для изучения вторичной сукцессии сообщества инфузорий пробы отбирали из рек Красная, Черная и Березовая на расстоянии 50–100 см от берега. Далее образцы помещались в чашки Петри с добавлением питательной среды (1:1). Контрольные культуры содержались на дистиллированной воде.

Температурные адаптации у пресноводных инфузорий определяли с использованием климатической камеры СМ5/75-120 ТВО. Контрольная температура соответствовала +22 0С. Насыщение культуральной среды кислородом производили с помощью аквариумного компрессора. Для выявления адаптаций инфузорий к фактору солености использовали растворы морской соли.

При проведении эксперимента по влиянию нефтепродуктов на культуру Blepharisma steini готовили эмульсии дизельного топлива следующих концентраций – 0,2 мг/л, 0,3 мг/л и 2 мг/л (ПДК = 0,3 мг/л).

Экологический анализ собранных данных проводили путем вычисления индексов видового разнообразия Маргалефа и Менгиника. Видовое сходство в пределах биоценозов рассчитывали с помощью коэффициентов фаунистического подобия Серенсена, Жаккара и Коха.

Статистическую обработку данных производили с использованием программных средств Microsoft Office. Фотографии инфузорий получены при помощи цифровой камеры «Webbers».

Глава 3. Природно-климатические условия юга Хабаровского края

В главе раскрываются особенности природно-климатических условий исследуемого региона. Своеобразные климатические условия, особенности водных ресурсов местности и характер рельефа являются источниками формирования уникальных природных комплексов. Природные факторы связаны с неустойчивостью водного режима рек в условиях муссонных черт климата, слабой способностью водных экосистем к самовосстановлению и специфическими особенностями формирования химического состава воды в пределах различных ландшафтов (Воронов, Махинов, 2009). Выявленные особенности цилиофауны отражают закономерности функционирования экосистем.

Глава 4. Таксономия ресничных инфузорий малых рек окрестностей г. Хабаровска

В ходе исследований было зарегистрировано 55 видов инфузорий, относящихся к 2 подтипам (Postciliodesmatophora и Intramacronucleata) и десяти классам, из которых самыми многочисленными были – Oligohymenophorea (19 видов, или 34,5%) и Spirotrichea (9 видов, или 16%), образующие половину от всей выявленной цилиофауны (рис. 1).

Рис. 1. Таксономический состав цилиофауны малых рек окрестностей г. Хабаровска

Наибольшее число видов инфузорий относится к родам Vorticella (5 видов), Chilodonella (3 вида) и Paramecium (3), также по 2 вида было зарегистрировано из родов Colpidium, Carchesium, Coleps, Colpoda, Metopus, Tokophrya, Podophrya, Stylonychia, Stentor, Spirostomum.

Часть цилиофауны малых рек окрестностей г. Хабаровска представлена инфузориями подкласса Peritrichia (16%), основную долю которых составляют виды рода Vorticella. Представители Peritrichia встречаются эпизодически и в небольшом количестве. Данная закономерность обусловлена рядом факторов: низким содержанием растворенного в воде кислорода, жесткой межвидовой борьбой, скоростью течения (Лиепа, 1983; Банина, 1990; Бараусова, 1990, 1998).

В гидробиологических образцах реки Красная было зарегистрировано 36 видов инфузорий, что соответствует 65,5% от всей выявленной цилиофауны. Доминантными видами являлись – Paramecium caudatum, Stylonychia mytilus, Oxytricha pellionella, Uronema marinum и Vorticella convallaria. Показатель встречаемости видов-доминантов колеблется от 58 до 87%. В реке Красная нами были выявлены инфузории, которые впервые встречены на территории Среднего Приамурья (Никитина и др., 2011). К их числу относятся: Lacrymaria olor, Hemiophrys procera, Podophrya fallax, Coleps hirtus var. lacustris, Lembadion sp., Rhabdostyla cyclopis, Urocentrum turbo.

Из проб реки Черная было выявлено 33 вида инфузорий, составляющие 60% от общего видового разнообразия цилиофауны. Анализируя сведения по частоте встречаемости цилиат в водотоке, определили комплекс доминирующих представителей, включающий Oxytricha pellionella, Metopus es, Paramecium caudatum, Uronema marinum. Показатель встречаемости у инфузорий этой категории колеблется от 62% до 70%.

В пробах р. Березовая обнаружено 25 видов инфузорий, что соответствует 47% от всей выявленной фауны цилиат. По частоте встречаемости доминируют Paramecium caudatum (70%) и Vorticella convallaria (66,6%).

Анализ данных по фаунистическому сходству цилиат малых рек окрестностей г. Хабаровска представлен в таблице 1.

Таблица 1

Коэффициент видового сходства цилиофауны по Серенсену, %

Биотопы

2010

2011

2012

КЧБКЧБКЧБКрасная61,831,16248,155,550Черная61,8506259,255,552,1Березовая31,15048,159,25052,1Примечание: К – река Красная, Ч – река Черная, Б – река Березовая

Сравнивая между собой сведения о схожести видовых составов инфузорий малых рек за 2010–2012 года, отмечаем увеличение коэффициента сходства, что, по нашему мнению, свидетельствует о получении новых данных о фаунистическом сходстве цилиат. Необходимо отметить, что показатели подобия высоки (от 30% и выше). Это указывает, согласно методике расчета индексов видовой корреляции и сопряженности, на схожесть условий местообитания цилиофауны (Чернов, 1975).

В данной главе также приводятся описания морфологических особенностей цилиат, выделенных из малых рек окрестностей г. Хабаровска.

Глава 5. Экология ресничных инфузорий малых рек окрестностей г. Хабаровска

Важной характеристикой сообщества инфузорий является его размерный состав. Используя принятую методику (Быкова, 2005), выделили несколько размерных классов цилиат: < 40 мкм; 40–100 мкм; 100–200 мкм; >200 мкм (рис. 2).

Рис. 2. Размерные спектры цилиат малых рек окрестностей г. Хабаровска

Первый размерный класс был представлен беднее всего – 3 вида, или 5,5%, от общего состава цилиофауны исследуемых водоемов (Aspidisca costata, Podophrya fallax, Vorticella microstoma). Второй класс – от 40 до 100 мкм, составляет более половины (53%) инфузорий малых рек окрестностей г. Хабаровска. Виды крупных размерных диапазонов (100–200 мкм и более 200 мкм) составляют треть от всей выявленной цилиофауны.

Благодаря такому широкому размерному диапазону видов инфузорий, создаются предпосылки для наиболее полного освоения ресурсов. Главную роль в биологической продукции сообщества играют виды со средними размерами. Мелкие цилиата, несмотря на относительно высокие плотность и темп размножения, не могут дать серьезного прироста биомассы, а крупные особи слишком малочисленны и медленно размножаются (Оболкина, 2003).

Трофическая структура цилиофауны малых рек окрестностей г. Хабаровска представлен на рис. 3. Большинство цилиат исследованных водотоков относятся к бактерио-детритофагам, основную часть рациона которых составляют бактерии и детрит.

Рис. 3. Трофическая структура цилиофауны малых рек окрестностей Хабаровска

Сообщество бактериофагов широко распространено в пресноводных экосистемах различного ранга, где активно разлагается органическое вещество и развивается микрофлора. На долю этой трофической группы инфузорий приходится 64% от всей выявленной цилиофауны. Число видов хищников (рода Tokophrya, Litonotus, Coleps, Didinium, Podophrya и т.д.) составляет 18% от всего видового разнообразия цилиат (табл. 2).

Таблица 2

Видовой состав, трофические, экологические и сапробные группировки цилиат малых рек окрестностей г. Хабаровска

Виды инфузорий

Тип

питания

Категория сапробности

Экологическая группа

1.

Loxodes rostrum O.F. Muller, 1786

Б — Д

βm

Б

2.

Blepharisma steini Kahl, 1932

Б — Д

αm — βm

Б

3.

Condylostoma vorticella Ehrenberg, 1833

Б — Д

О — βm

Б

4.

Spirostomum ambiguum Ehrenberg, 1834

Б — Д

αm — βm

Б

5.

S. teres Claparede et Lachmann, 1859

Б — Д

αm — βm

Б

6.

Stentor polymorphus O.F. Muller, 1773

Ф

αm — βm

Пл, Пр, Б

7.

S. roeseli Ehrenberg, 1835

Н

αm — βm

Пл, Пр, Б

8.

Aspidisca costata Dujardin, 1842

Б — Д

αm — βm

Пр, Б

9.

Euplotes patella Ehrenberg, 1833

Б — Д

βm

Пр

10.

Holosticha navicularum Kahl, 1932

Б — Д

αm – p

Пр, Б

11.

Oxytricha pellionella Stein, 1859

Б — Д

αm

Б

12.

Paruroleptus piscis Kowalewski, 1882

Б — Д

αm

Б

13.

Strobilidium caudatum Fromentel, 1874

А

О

Пл

14.

Strombidium sp

А

βm

Пл

15.

Stylonychia mytilus Ehrenberg, 1838

Н

αm – p

Пр, Б

16.

Stylonychia sp

Н

αm – p

Б

17.

Caenomorpha medusula Perty, 1852

Б — Д

αm – p

Б

18.

Metopus es O.F. Muller, 1786

Б — Д

αm – p

Б

19.

Metopus sp.

Б — Д

αm — p

Б

20.

Didinium balbiani Fabre-Domerdus, 1888

Х

αm – p



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | Вперед → | Последняя | Весь текст