WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

Чебанова Виктория Васильевна

Бентос лососевых рыб Камчатки

Специальность 03.00.18 - гидробиология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Москва - 2008

               Работа выполнена в лаборатории экологии рыб Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии (ФГУП "ВНИРО")

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор

Нейман Анита Алексеевна

доктор биологических наук, профессор

Зинченко Татьяна Дмитриевна

доктор биологических наук,

Голубков Сергей Михайлович

Ведущая организация:

Биолого-почвенный институт Дальневосточного отделения РАН

Защита состоится 28 ноября 2008 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 307.004.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте рыбного хозяйства  и  океанографии  (ВНИРО) по  адресу:  107140,  Москва,  ул.  Верхняя  Красносельская,  д. 17.

Факс (499) 264-91-87, электронный адрес sedova@vniro.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИРО.

Автореферат разослан «____»___________2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук                        М.А. Седова

ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.



Актуальность исследования. Камчатка является одним из основных регионов воспроизводства тихоокеанских лососей на Дальнем Востоке. Камчатские реки являются водотоками высшей рыбохозяйственной категории, поскольку в них происходит не только нерест производителей, но и нагул молоди до миграции в океан. Только горбуша не задерживается в реках, кета нагуливается несколько месяцев, молодь остальных видов лососей остается компонентом речных экосистем год и более. В реках гористого полуострова истинный фито- и зоопланктон отсутствует, и молодь в период нагула питается главным образом макрозообентосом, обилие и доступность которого в значительной мере определяют будущую численность стад тихоокеанских лососей. Начавшееся последние десятилетия интенсивное освоение природных ресурсов Камчатки создает определенную угрозу сохранности речных экосистем, поскольку их состояние находится в прямой зависимости от состояния площади водосбора. Необходимость рационального использования и охраны лососевых рек требует проведения систематического мониторинга антропогенного воздействия на их экосистемы. В связи с этим первоочередной задачей гидробиологических исследований стало проведение фонового и импактного биомониторинга, основным объектом которого являются сообщества организмов макрозообентоса.

Первые сведения о хирономидах, поденках, веснянках и ручейниках Камчатки опубликованы в 1913—1930 гг.(Мартынов, 1913, 1925; Edwards, 1928; Navas, 1930; Ulmer, 1927). Позднее И.И. Куренков (1964) составил списки пресноводных беспозвоночных полуострова, куда вошли и представители речного бентоса. Однако пионером, начавшим планомерное изучение речной бентофауны, в основном распространения и систематики поденок, веснянок и ручейников, стала И.М. Леванидова (Леванидова, 1970, 1982; Леванидова, Николаева, 1968). Она же предприняла и первую попытку охарактеризовать бентос различных водотоков Камчатки (Леванидова, Кохменко, 1970), но считала ее предварительной из-за формального подхода к типизации водотоков и небольшого объема материала. Наши работы в области изучения бентоса камчатских водотоков продолжаются с 1979 г. В настоящее время регулярные гидробиологические исследования в нижнем течении рек Большая, Паратунка и Утка проводятся сотрудниками КамчатНИРО Т.Л. Введенской и Т.Н. Травиной.

В настоящее время, кроме традиционных исследований макрозообентоса, как кормовой базы молоди лососей, стало актуальным изучение закономерностей формирования макрозообентоса в водотоках широкого типологического спектра, которое дает реальную возможность типизации водотоков не только по гидрологическим, но и по гидробиологическим характеристикам

Цель исследования – выявить общие закономерности формирования и функционирования сообществ донных беспозвоночных в экосистемах лососевых рек Камчатки и на этой основе дать комплексную оценку макрозообентоса как кормовой базы молоди тихоокеанских лососей и объекта биомониторинга при разных типах антропогенного воздействия.

Для ее достижения решали следующие задачи:

- провести типизацию камчатских водотоков по гидролого-геоморфо-логическим характеристикам, отражающим присущий каждому типу специфический комплекс факторов среды ;

- выявить закономерности распределения отдельных видов и групп донных беспозвоночных в водотоках разного типа;

- описать основные черты биологии массовых видов;

- на основе базы данных о средней численности отдельных таксонов донных беспозвоночных в исследованных водотоках, методом общей дискриминации проанализировать достоверность различий сообществ макрозообентоса, населяющих водотоки разного типа;

- охарактеризовать выделенные  типы сообществ на основе их структурных характеристик (видовой состав, численность и биомасса отдельных видов и бентоса в целом);

- изучить реакцию макрозообентоса на изменение гранулометрического состава грунта;

- изучить сезонную и суточную динамику состава и количественных характеристик дрифта донных беспозвоночных в водотоках разного типа;

- дать количественную оценку роли бентоса и дрифта в питании молоди лососей, нагуливающейся в горных и предгорных водотоках;

- проанализировать реакцию сообществ макрозообентоса на ухудшение качества среды при различных видах антропогенного воздействия.

Основные положения, выносимые на защиту:

- камчатским водотокам одного гидролого-морфологического типа, в том числе принадлежащим разным речным бассейнам, присущ специфический комплекс абиотических факторов, который определяет общность структурных характеристик макрозообентоса. Если тип реки от истока к устью меняется, ее донное население закономерно разделяется на более или менее обособленные сообщества.

- бентофауна 78 камчатских водотоков по структурным характеристикам разделяется на 7 типов сообществ: 1 - население реокренов, 2 - население холодноводных малых горных водотоков, 3 – население умеренно холодноводных малых горных и предгорных водотоков, 4 - население крупных горных рек, 5 - население крупных предгорных рек, 6 - население «лососевых ключей» и родников и 7 - население малых равнинных водотоков.

- снижение уклона, скорости течения и среднего диаметра частиц грунта приводит к обеднению литореофильного бентоса, для которого определяющим фактором является размерный состав и стабильность грунта.

- в камчатских водотоках дрифт донных беспозвоночных является важнейшим источником питания молоди лососевых. Состав, плотность и биомасса дрифта в водотоках разного типа обусловлены структурой донного населения.

- структурные перестройки сообществ макрозообентоса являются наиболее существенным системным показателем техногенных изменений состояния камчатских водотоков.

Научная новизна. Приводятся наиболее полные на сегодняшний день сведения о видовом разнообразии камчатской бентофауны и ее распространению в водотоках разного типа. Впервые на Камчатке обнаружены ракообразные древнего отряда Bathynellacea, что значительно расширяет северную границу их распространения. Впервые для Камчатки составлены экологические спектры отдельных видов и групп донных беспозвоночных, а также установлены жизненные циклы и продукционные характеристики массовых видов.

Разработана оригинальная типизация камчатских водотоков по составу и структуре численности макрозообентоса; выделены семь типов сообществ, обособленность которых статистически достоверна.

Установлено, что в реках полуострова с быстрым течением и каменисто-галечным дном обеспеченность пищей молоди тихоокеанских лососей зависит в первую очередь от обилия дрифта. Приведены количественные характеристики дрифта в водотоках разного типа и их сезонная динамика.

Выявлены биоиндикационные возможности отдельных видов и групп донных беспозвоночных. Показано, что наиболее существенным системным показателем техногенных изменений состояния камчатских водотоков являются структурные перестройки сообществ макрозообентоса. Впервые дан их количественный анализ при разных типах техногенного воздействия.

Теоретическая и практическая значимость. Доказано, что в водотоках одной ландшафтной зоны, в том числе принадлежащих разным речным бассейнам, сходство условий обитания определяет общность наиболее характерных особенностей видового состава и структуры макрозообентоса. Типизация водотоков по структурным характеристикам донного населения служит научной основой для создания региональной базы данных о фоновом состоянии сообществ макрозообентоса в водотоках разного типа. Сравнение результатов импактного биомониторинга с региональным фоном дает надежную оценку степени деградации экосистемы водотока в зоне антропогенного воздействия.

Результаты исследований использованы в процессе реализации научной программы ПРООН "Сохранение биоразнообразия лососевых Камчатки и их устойчивое использование ", при разработке рекомендаций по срокам выпуска заводской молоди лососей, при разработке ОВОС, проведении биомониторинга и расчете ущерба рыбному хозяйству на промышленных объектах Камчатской области (6 горнодобывающих предприятий, Мутновская ГеоЭС, каскад Толмачевских ГЭС). Аутэкологические спектры донных беспозвоночных Камчатки необходимы при составлении списка видов-индикаторов чистых и загрязненных вод горных и предгорных водотоков Дальнего Востока. Результаты исследований могут быть использованы в курсах лекций и практикумов на биологических факультетах университетов и ВУЗов рыбохозяйственного профиля.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены в виде пленарных и секционных докладов на ХIV Тихоокеанском научном конгрессе (Хабаровск, 1979), симпозиуме NPAFC (Джуно, Аляска, 1999), II международной конференции «Биотехнология – охране окружающей среды» (Москва, 2004), IV и VIII Съездах гидробиологического общества РАН (Киев, 1981; Калининград, 2001), XI Российском симпозиуме по хирономидам (Борок, 2003), II Всероссийском симпозиуме по амфибиотическим и водным насекомым (Воронеж, 2004), региональных и областных научно-практических конференциях (Владивосток, 1983; Южно-Сахалинск, 2000; Петропавловск-Камчатский, 1984, 2000, 2004), Чтениях памяти Владимира Яковлевича Леванидова (Владивосток, 2003, 2005, 2008).

Личный вклад автора. Диссертационная работа является результатом многолетних (1979 - 2006 гг.) гидробиологических исследований автора, проводившихся в бассейнах восьми крупных камчатских рек. Все результаты получены лично автором, либо при его непосредственном участии в случае коллективных работ, при проведении которых он выступал в качестве ответственного исполнителя. Всего собрано и обработано 530 количественных проб бентоса и 1960 проб дрифта (182 суточные серии), исследовано питание 3000 экз. молоди кижуча.

Благодарности. Автор приносит благодарность В.Н. Леману (ВНИРО) за многолетнее сотрудничество, а также специалистам БПИ ДВО РАН Т.М. Тиуновой, В.А. Тесленко, Т.И. Арефиной и Е.А. Макарченко, Н.И. Зеленцову (ИБВВ РАН), Л.А. Чубаревой (ЗИН РАН) за помощь при уточнении систематической принадлежности личинок поденок, веснянок, хирономид, мошек и блефарицерид. Автор считает приятным долгом выразить благодарность сотрудникам ВНИРО Е.В. Есину, выполнившему GDA-анализ, и Ю.В. Сорокину, принимавшему участие в сборе материала, а также сотрудникам КамчатНИРО Введенской Т.Л. и Травиной Т.Н., любезно предоставившим свои материалы по бентосу (20 проб) крупных предгорных рек. Автор глубоко признательна Т.И. Буркановой (ВНИРО) за помощь при составлении базы данных для статистического анализа.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 35 работ, из них 26 статей, в том числе 7 в журналах рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы и приложений, изложена на 239 страницах, иллюстрирована 64 таблицами и 11 рисунками. Список литературы включает 323 источника, из которых 200 на иностранных языках. Обзор литературы приведен в соответствующих главах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОДОТОКОВ

На Камчатке преобладают горные и предгорные водотоки, равнинные участки русел имеют ограниченное распространение, в основном на малых реках западной низменной части полуострова. Благодаря значительной доле подземного питания и высокой скорости течения большинство рек зимой или не замерзает, или характеризуется неустойчивым ледоставом. По термическому режиму камчатские водотоки умеренно холодноводные, только родники, реокрены и горные потоки на высоте более 800 м над уровнем моря – холодноводные.

Согласно принятой классификации водотоков по гидролого-геоморфоло-гическим характеристикам (Евстегнеев, Шенберг, 2000; География и…, 2004), в один тип выделяются участки водотоков близкого размера и водности, находящиеся в одной высотной зоне, а также имеющие одинаковый морфодинамический тип русла и характер русловых отложений. Соответственно, водотокам одного типа присущ специфический комплекс экологических факторов (температура и расход воды, скорость течения, грунт и проч.), взаимообусловленных и влияющих на организмы как целостная система (Жадин, 1940, 1950; Бродский, 1976). Таким образом, тип водотока является интегральной характеристикой среды обитания населяющей его биоты. Как правило, тип водотока от истока к устью изменяется.

По гидролого-морфологическим характеристикам 78 обследованных водотоков (ручьи и отдельные участки крупных рек) разделены нами на 13 типов (табл. 1).

  Таблица 1.

Гидролого-морфологические характеристики обследованных водотоков

Типы водотоков

n

Т

h

V

Грунт

горные водотоки без чередования плесов и перекатов, Набс 300-1200 м

Ручьи и малые реки

Набс 800-1200 м

реокрены

3

3,8

0,2

0,4

галечно-валунный

склоны со снежниками

3

4,5

0,4

1,1

галечно-валунный

склоны без снежников

7

6,3

0,4

1,0

галечно-валунный

Набс 450-700 м

15

8,0

0,4

0,8

валунно-галечное

Набс 300-400 м

12

8,6

0,3

0,8

валунно-галечное

Крупные реки

Набс 400-600 м

4

10,0

0,9

0,8

галечно-валунный

предгорные водотоки с чередованием плесов и перекатов, Набс 70-300 м

Ручьи и малые реки

разветвленное русло

9

10,5

0,5

0,7

гравийно-галечное

Крупные реки

неразветвленное русло

4

9,6

1,0

1,4

галька, гравий, песок

разветвленное русло

6

9,5

0,8

1,3

галька, гравий, песок

Лимнокрены

озерообразные родники, S до 600 м2

2

4,7

0,6

0,1

скопления ила

«Лососевые ключи»

отшнуровавшиеся протоки крупных рек с выходами грунтовых вод

5

6,8

0,7

0,3

заиленная галька

малые равнинные водотоки, Набс 20-70 м

Меандрирующие, с чередованием плесов и перекатов

3

14,4

0,7

0,7

галька, гравий, ил

«Тундровые», с выровненным дном и с коричневой водой

5

15,6

0,5

0,3

гравий, ил, торф

Примечание: n – число обследованных водротоков; гидрологические параметры  (Т – температуры воды, оС; h – глубина, м;  V - скорость течения, м/с) приведены по результатам измерений в летнюю межень.

В группе горных водотоков выделили реокрены (начало стока), малые водотоки с неразветвленным, порожистым руслом, расположенные в трех высотных горизонтах, и крупные реки. К предгорным отнесли малые водотоки и участки русел крупных рек, характеризующиеся чередованием плесов и перекатов, а также пойменно-русловыми разветвлениями. Широко распространен в среднем течении крупных предгорных рек еще один тип водотоков - "лососевые ключи", которые являются ценными нерестово-выростными биотопами тихоокеанских лососей (Леванидов, 1981). "Лососевые ключи" - это отшнуровавшиеся речные протоки с мощным грунтовым питанием. К равнинным водотокам отнесли меандрирующие участки русел малых рек, протекающих по холмисто—увалистым равнинам западного побережья, а также небольшие водотоки заболоченных низменностей, которые на Камчатке называют «тундровыми».

Специфика условий обитания в водотоках разного типа определяет особенности видового состава и количественной структуры донного населения.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Материал собран в 1979-2006 гг. в водотоках широкого типологического диапазона, принадлежащих восьми речным бассейнам (рис. 1).

Рис. 1. Схема района работ: 1 - бассейн р. Левая Озерная, 2 - бассейн р. Камчатка, 3 – бассейн р. Ича, 4-5 – бассейн р. Кихчик, 6-12 – бассейн р. Большая, 13 – бассейн р. Паратунка, 14 – бассейн р. Вилюча, 5-16 – бассейн р. Фальшивая

Исследования макрозообентоса проводили в 78 водотоках (ручьи и отдельные участки крупных рек). Способ отбора проб зависел от характера донных отложений; на каменисто-валунных грунтах использовали метод Шредера-Жадина, на гравийно-галечных - бентометры (Тиунова, 2003), на мелкофракционных – дночерпатель Петерсена. Всего за период работ отобрано 530 количественных проб. Систематическую принадлежность личинок амфибиотических насекомых устанавливали в соответствии с возможностями современных определителей — 70 % идентифицированы до вида или группы видов, остальные до рода. Планарии, бокоплавы и пиявки определены до вида, олигохеты и моллюски — до семейства, поскольку по доступным определителям точной идентификации поддаются лишь несколько видов олигохет. Систематическую принадлежность водяных клещей, нематод, мермитид и волосатиков не устанавливали.

По встречаемости и средней численности виды делили на 4 категории: массовые — частота встречаемости 80—100 %, средняя численность в водотоках одного или нескольких типов превышает 1000 экз./м2, обычные — частота встречаемости 50—79 %, средняя численность всегда менее1000 экз./м2, редкие – частота встречаемости 10-45 % и единичные – менее 10%. При определении структуры сообществ

использована классификация Чельцова-Бебутова в модификации В.Я. Леванидова (1977): доминанты – доля в общей численности равна или больше 15.0 %, субдоминанты – от 5,0 до 14,9 %, второстепенные – от 1.0 до 4,9 %, третьестепенные – менее 1,0 %.

Материалом для статистического анализа послужили 244 бентосные съемки, выполненные в общий для всех водотоков период с середины июля до начала сентября. На их основании создана база данных, содержащая сведения о средней численности 288 таксонов донных беспозвоночных в 78 водотоках. В число анализируемых таксонов вошли 146 видов хирономид, 16 мошек, 33 прочих двукрылых, 26 поденок, 15 веснянок, 20 ручейников, 6 жуков, по одному сетчатокрылых и стрекоз, 5 планарий, 6 ракообразных, 2 пиявок, а также олигохеты (6 семейств) и моллюски (5 семейств). Правомочность разделения донного населения водотоков на подмножества, включающие сообщества разных типов, установлена методом общей дискриминации (GDA) в программе Statistica 7.0. Выбор модуля GDA-анализа обоснован, во-первых, возможностью его использования в качестве описательного метода без проверки статистических гипотез, во-вторых, возможностью пошагово отслеживать результаты работы алгоритма, т.е. использовать в анализе наиболее значимые группы видов. Графическое отображение результатов осуществили методом канонического анализа подмножеств предикторов, которые включились в дискриминирующие функции GDA-анализа. Графики строили в пространстве 2-х главных дискриминирующих корней n- (1 шаг), m- (2 шаг) и k- (3 шаг) мерного пространства.

Реакцию макрозообентоса на изменение гранулометрического состава грунта исследовали в июле 1992 и 1994 гг. в р. Первая Красная. На контрольном участке переката длиной 200 м были выбраны восемь микробиотопов, в которых измеряли глубину, скорость течения, отбирали пробы грунта и зообентоса. Результаты обрабатывали с использованием пакета STATGRAPHICS (Леман, Чебанова, 2005).

Дрифт донных беспозвоночных исследовали круглогодично (5 водотоков), в апреле-сентябре (4 водотока) и в июне-июле (13 водотоков). Сравнительный анализ дрифта в водотоках разного типа выполнен на материале, собранном в общий для всех водотоков период (июнь – июль). Суточные серии обловов дрифта с отбором проб каждые 3 часа проводили на постоянных для каждого водотока разрезах сачком (входное отверстие 0,1х0,2 м, длина мешка 1,5 м, газ № 38), который устанавливали на шести станциях: по поперечному профилю реки - у берегов и в центре, по горизонтам – у поверхности и у дна. Экспозиция сачка на каждой станции в зависимости от скорости течения составляла 30 - 60 с, одновременно измеряли скорость течения и температуру воды. Полученные данные усредняли и пересчитывали на единицу объема (1 м3) с учетом коэффициента фильтрации сачка. Всего выполнено 182 суточных серий обловов (1400 количественных проб).

Пищевое поведение молоди кижуча изучали в нижнем течении мелководного "лососевого ключа". В течение года выполнены 13 суточных серий одновременных обловов молоди, дрифта и вылета амфибиотических насекомых с отбором проб каждые 3 часа. Молодь облавливали мальковым неводом (ячея 8 мм) и сачком (газ № 15), дрифт – по стандартной методике, имаго – с помощью трех конических ловушек (площадь основания 0,5 м2), установленных непосредственно на дно. Перед началом суточных обловов в том же биотопе проводили бентосные съемки. Материал по питанию 2600 рыб обработан общепринятым методом (Руководство…, 1961). Скорость переваривая пищи у молоди кижуча (400 экз) определяли экспериментально в русловых садках при суточном колебании температуры воды в ключе 4,7 – 11,2 оС.

Установлено, что традиционный метод определения суточной ритмики питания молоди по общим индексам наполнения желудков, рассчитанным по массе пищевого комка, не отражает динамику потребления кормовых объектов. Во-первых, поскольку у кижуча время эвакуации 90 % пищи из желудков составляет примерно 32 часа, при расчете индексов за каждый трехчасовой интервал учитывается общая масса кормовых объектов, заглоченных за длительный промежуток времени и находящиеся на разных стадиях переваривания. Во-вторых, об интенсивности питания молоди теми или иными видами жертв можно судить только по их количеству в желудках. Из этих соображений суточную динамику питания рыб определяли по среднему количеству свежезаглоченных кормовых обектов за каждый трехчасовой интервал. Свежезаглоченными считали личинок, куколок и имаго без каких-либо видимых повреждений хитинового покрова. Сходство питания сеголеток с дрифтом, бентосом и вылетом имаго оценивали с помощью коэффициентов корреляции Спирмена (rp), ассоциации Юла (ra) и критерия достоверности ( 2).





ГЛАВА 3. ЭКОЛОГО-ФАУНИСТИЧЕСКИЙ ОБЗОР БЕНТОФАУНЫ

ВОДОТОКОВ КАМАЧАТКИ.

3.1. Распределение донных беспозвоночных в водотоках разного типа. Отличительными особенностями камчатской бентофауны до настоящего времени считались небольшое разнообразие, отсутствие строгих стенобионтов и слабая типологическая приуроченность видов (Леванидов, 1981; Леванидова, 1970, 1982), однако нами установлено, что распространение большинства видов более или менее ограничено (рис. 2).

Стенобионты установлены в камчатской бентофауне впервые. Хирономиды Diamesa steinboecki, D. bertrami, D. aberrata, D. geminata, Orthocladius (M) roussellae, мошки Gimnopais bifistulatus, G. frontatus, Twinnia  sp. и ракообразные отр. Bathynellacea встречаются только в холодноводных горных водотоках, причем наиболее многочисленны в зоне снежников. Распространение хирономид Pseudodiamesa gr. nivosa, Micropsectra pharetrophora и Tanytarsus gr. chinyensis ограничено предгорными водотоками с мощным грунтовым питанием. Эти виды господствуют на заиленном дне родников, в «лососевых ключах» их численность напрямую зависит от доли грунтового питания.

Рис. 2. Схема распределения донных беспозвоночных в водотоках разного типа (цифрами обозначено количество видов, обитающих только в данной группе водотоков)

Выделение в камчатской бентофауне эврибионтов условно, поскольку исследованиями не были охвачены водотоки на высоте более 1200 м. Но и в ограниченном диапазоне высот всего 40 видов встречаются в водотоках любого типа. Несмотря на широкое распространение, эврибионты проявляют явную типологическую приуроченность, выраженную количественно. Например, поденки Baetis bicaudatus, судя по встречаемости и численности (90 %, 2000 экз./м2), предпочита.т умеренно холодноводные малые горные водотоки, в крупных горных реках их вдвое меньше, в предгорных - не более 400 экз./м2, в равнинных вид встречается единично. Из 13 массовых видов хирономид D. gr. insignipes предпочитает холодноводные горные, Eukiefferiella gr. gracei,Rheocricotopus effusus, O. (E.) saxosus, O. (M.) frigidus, Parorthocladius nudipennis — умеренно холодноводные горные водотоки, в предгорьях - "лососевые ключи", Pagastia. orientalis, Tvetenia gr. bavarica - крупные горные и предгорные реки, M. gr. praecox, O. nitidoscutellatus - крупные предгорные, Stilocladius orientalis, Thienemanniella gr. clavicornis - малые предгорные, Rheotanytarsus pentapodus - равнинные водотоки. Планарии Polycelis schmidti особенно многочисленны в реокренах.

В любых умеренно холодноводных водотоках встречаются 25 видов. Массовые хирономиды O. obumbratus и относительно многочисленные поденки Ephemerella aurivillii, Drunella triacantha, Acentrella sibiricus, ручейники Apatania crymophila и веснянки Taenionema japonicum предпочитают крупные предгорных реки, а ручейники Brachycentrus americanus - крупные горные.

Только к горным и предгорным водотокам приурочена четверть донных беспозвоночных, которые по отношению к термическому режиму делятся на толерантных к низким температурам воды (встречаются во всем диапазоне высот) и на приуроченных к умеренно холодноводным водотокам. Во всем диапазоне высот обитают 49 видов. Хирономиды D. davisi и D. gregsoni являются массовыми в холодноводных горных потоках, ручейники A. zonella — в реокренах и лимнокренах, хирономиды Orthocladius sp. 4 — в умеренно холодноводных крупных реках. Относительно многочисленные виды этой группы предпочитают малые горные водотоки, мошки Helodon. kamtshaticus - умеренно холодноводные, поденки Cinygmula putoranica и типулиды Arctotipula salisetorum - холодноводные. Только в умеренно холодноводных горных и предгорных водотоках обитают 20 видов. Мошки H. alpestris в массе населяют порожистые ручьи каскадного типа, поденки Iron maculates и ручейники Anagapetus schmidi относительно многочисленны в крупных реках.

Только в предгорных и равнинных водотоках встречаются 95 видов. Характерными особенностями этой группы являются появление хирономид подсем. Tanypodinае (5 видов) и Prodiamesinae (3 вида), мошек подсем. Simuliinae (7 видов) и резкое увеличение количества видов хирономид подсем. Chironominае (триба Tanytarsini 6 видов, триба Chironomini 15 видов), приуроченных к нижнему течению крупных предгорных рек и малым равнинным водотокам. Несмотря на значительное разнообразие этой группы беспозвоночных, среди них всего 2 массовых и 19 обычных видов, остальные, в частности почти все виды подсем. Chironominае, относятся к категории "редких" либо "единичных". Хирономиды Heterotrissocladius gr. marcidus в массе встречаются в лимнокренах, мошки Cnetha curvans - на речных перекатах. Относительно многочисленные хирономиды Odontomesa fulva, мошки Archesimulium tumulosum и поденки Caenis sp. предпочитают крупные предгорные реки, хирономиды Rheopelopia ornata, Potthastia gaedii и поденки B. vernus, B. fuscatus – малые равнинные, бокоплав Gammarus lacustris - "тундровые".

Исключительно в равнинных и "тундровых" водотоках обнаружено 27 видов, из них только ручейники Agapetus inaequispinosus, Ceratopsyche nevae, поденки Heptagenia sulphureа и веснянки Amphinemura standfussi относительно многочисленны в малых равнинных речках.

3.2. Экологическая характеристика бентофауны. На основании анализа встречаемости и численности беспозвоночных в водотоках разного типа установлены экологичесткие предпочтения массовых, обычных и некоторых редких видов (всего 113). Обсуждаются жизненные циклы 36 видов амфибиотических насекомых, а также продукционные характеристики 6 массовых видов хирономид и 1 вида ручейников. Аутэкологический анализ наглядно показал, что 75 % массовых и обычных видов, составляющих основу донного населения камчатских водотоков, относятся литореофильному комплексу.

ГЛАВА 4. ТИПЫ СООБЩЕСТВ МАКРОЗООБЕНТОСА В

ВОДОТОКАХ КАМЧАТКИ.

Современные представления о закономерностях формирования речных экосистем основаны на двух альтернативных, но взаимодополняющих концепциях. Согласно концепции непрерывного «Речного континуума» (Vannote et al., 1980), структура и функции экосистемы изменяются поступательно в соответствии с последовательной модификацией гидрологических параметров потока и морфологии русла вниз по течению. Концепция "Динамики пятен" (Pringle et al., 1988) утверждает дискретные, скачкообразные изменения речных экосистем, обусловленные сменой обособленных макробиотопов, т.е. участков русел в пределах определенных ландшафтных областей. Поскольку ландшафт и геология территории определяют гидрологический и морфологический облик рек, при наличии в пределах бассейна нескольких ландшафтных "пятен" речная сеть разделяется на соответствующее количество макробиотопов, а население – на более или менее обособленные сообщества. Согласно этому подходу в пределах одной ландшафтной области все реки, в том числе принадлежащие разным бассейнам, гидрологически и морфологически подобны, относятся к одному типу, а их населению присущи общие черты.

4.1. Дискриминантный анализ связи структуры сообществ макрозообентоса с типами водотоков. В исследованных водотоках минимальное разнообразие донного населения наблюдается в реокренах и лимнокренах (56 и 64 таксона), максимальное – в крупных предгорных реках (190 таксонов), в водотоках других типов обнаружено от 84 до147 таксонов, из них более половины общих. Тем не менее, удалось выявить специфические особенности населения в водотоках разного типа, касающиеся не столько видового состава, сколько структуры численности. Исследования, проводившиеся в некоторых водотоках в течении двух-трех смежных лет, показали, что в стабильных условиях ядро сообщества (доминанты и субдоминанты) сохраняется неизменным, причем состав массовых видов, наиболее приспособленных к данным условиям среды, в водотоках разного типа очевидно различается.

Если выявленные особенности донного населения в водотоках разного типа отражают естественное закономерное распределение донных беспозвоночных, возникает реальная возможность типизации сообществ камчатской бентофауны. Для проверки этой гипотезы исследовали достоверность различий структуры численности макрозообентоса в водотоках разного типа посредством общего дискриминатного анализа.

На первом шаге GDA-анализа (рис. 3) при одновременной дискриминации населения водотоков всех типов были достоверно (R 0,99, р 0,001) выделились 4 группы сообществ – население реокренов, "лососевых ключей" с лимнокренами, население малых равнинных рек (обычные и "тундровые") и население различных горных и предгорных водотоков, попавшее в одну компактную факторную область. На втором шаге при дискриминации населения горно-предгорных водотоков достоверно (R 0,93, р 0,041) обособились сообщества крупных предгорных рек, крупных горных рек, холодноводных высокогорных потоков и смешанной группы умеренно холодноводных малых горных и предгорных водотоков. Значимость дискриминации этой группы на третьем шаге анализа находилась на границе достоверности (R 0,63, р 0,052). При каноническом анализе первый корень четко отделил население малых предгорных водотоков от горных, второй – разделил некомпактные факторные области, соответствующие населению горных водотоков разных высотных зон.

В соответствии с GDA-анализом камчатская бентофауна достоверно разделяется на 7 типов сообществ: 1 - население реокренов, 2 - население холодноводных высокогорных малых водотоков, 3 – население умеренно холодноводных малых горных и предгорных водотоков, 4 - население «лососевых ключей» и родников, 5 - население крупных горных рек, 6 - население крупных предгорных рек и 7 - население малых равнинных водотоков. Население обычных и "тундровых" равнинных водотоков, «лососевых ключей» и родников, а также крупных предгорных рек с двумя типами русел по структуре численности не разделяется.

Выделение сообществ наглядно показало, что в водотоках данного типа, встречающихся в бассейнах одной или нескольких рек, сходство условий обитания определяет общность наиболее характерных особенностей видового состава и структуры донного населения.

4.2. Характеристика выделенных сообществ макрозообентоса. Типовые

Рис. 3. Пошаговый канонический анализ выборок бентоса из водотоков разного типа в пространстве главных дискриминирующих корней (а – первый шаг: 1-реокрены, 2-горно-предгорные водотоки, 3-"лососевые ключи" с лимнокренами, 4-равнинные и "тундровые" водотоки; б – второй шаг: 2-1- высокогорные малые водотоки, 2-2-малые горные водотоки  (Набс 300700 м), 2-3-крупные горные реки, 2-4-крупные предгорные реки; с – третий шаг: 2-2А-малые горные водотоки на высоте 450-700м, 2-2В-малые горные водотоки на высоте 300-400 м, 2-2С-малые предгорные водотоки).

характеристики выделенных сообществ предлагается использовать в качестве "регионального фона" при проведении биомониторинга состояния лососевых водотоков в зонах антропогенного воздействия.

Сообщество реокренов. Обнаружено 56 таксонов донных беспозвоночных, из них 18 встречаются практически постоянно. Средняя численность и биомасса сообщества составляют 16,1 ± 3,2 тыс. экз./м2 и 53,09 ± 18,93 г/м2. Доминанты по численности - планария P. schmidti (18 %), ручейник A. zonella (15 %), хирономида E. gr. gracei (15 %), по биомассе - немногие, но крупные типулиды A. salisetorum (65 %) и A. zonella (17 %).

Сообщество высокогорных холодноводных малых водотоков. Индикаторными признаками этого сообщества являются присутствие высокогорных стенобионтов и абсолютное доминирование хирономид рода Diamesa. Из 114 таксонов, входящих в состав сообщества, на склонах с нетающими летом снежниками обнаружено 93, на склонах без снежников – 84, степень видового сходства высокая (коэф. Сёренсена 75 %).. В суровых температурных условиях средняя численность и биомасса населения низкие 6,2 ± 0,5 тыс. экз./м2 и 4,32 ± 0,45 г/м2, доля диамез в этих показателях соответственно - 49 и 59 %, ортокладиин – 31 и 20 %. Доминирует D. davisi (24 %), субдоминанты – D. gregsoni (13 %) и мелкие олигохеты-эенхитреиды (7 %). При более благоприятном температурном режиме количественные показатели достигают 28,5 ± 5,8 тыс. экз./м2 и 31,93 ± 7,78 г/м2. Основу населения составляют диамезы (47 %) и ортокладиины (28 %), половину высокой биомассы бентоса обеспечивают обычные в холодноводных водотоках A. salisetorum (38 %) и веснянки Arcynopteryx sp. (15 %). На склонах без снежников число массовых видов увеливатся; доминируют D. davisi (17 %) и D. gregsoni (18 %), субдоминанты – O. saxosus (12 %), D. gr. insignipes (8 %) и E. gr. gracei (6 %).

Сообщество умеренно холодноводных малых горных и предгорных водотоков. Хотя разделение этого сообщества на подгруппы не достоверно, заметные структурные различия между ними прослеживаются. В порожистых горных водотоках, протекающих на горизонтах 450 – 700 м и 250 – 400 м обнаружено по 101 таксону донных беспозвоночных. При практически полном видовом сходстве населения (коэф. Сёренсена 78 %), состав типичных видов несколько различается. Выше по склону количественные показатели населения составляют 15,6 ± 1,7 тыс. экз./м2 и 18,58 ± 2,42 г/м2, доминируют поденки B. bicaudatus (19 %) и мошки H. alpestris (15 %), субдоминанты - хирономиды E. gr. gracei (8 %), T. gr. bavarica (8 %). Ниже по склону доля крупных беспозвоночных в сообществе уменьшается, а мелких хирономид-ортокладиин - возрастает. Поденка B. bicaudatus переходит в ранг субдоминантов(10 %), кроме нее многочисленны хирономиды T. gr. bavarica (10 %), E. gr. gracei (8 %), E. gr. devonica (7%). Соответственно, заметное увеличение численности населения (22,4 ± 5,2 тыс. экз./м2) не влияет на его биомассу (19,48 ± 2,45 г/м2).

Население малых предгорных водотоков с разветвленным руслом, плесами и перекатами отличается большим разнообразием (147 таксона) и абсолютным преобладанием мелких хирономид - M. gr. praecox (28 %), S. orientalis (6 %) и T. gr. clavicornis (6%). Несмотря на высокую численность - 21,4 ± 6,9 тыс. экз./м2 биомасса населения составляет всего 12,45 ± 2,00 г/м2.

Сообщество крупных горных рек характеризуется небольшим разнообразием (86 таксонов) и количественным обилием - 26,6 ± 7,3 тыс. экз./м2 и 23,31 ± 6,28 г/м2. Количественно в нем преобладают хирономиды - T. gr. bavarica (14 %), P. orientalis (12 %), Orthocladius sp. 4 (8 %), O. frigidus (6 %), олигохеты—энхитреиды (9 %) и поденки B. bicaudatus (6 %) , по биомассе - относящиеся к рангу второстепенных ручейники B. americanus (28 %),  A. schmidi (13 %), поденки I. maculatus (8 %).

Сообщество крупных предгорных рек. Крупные предгорные реки, пересекающие на пути к морю холмисто—увалистые равнины и приморские низменности, сохраняют предгорный характер, только в самых низовьях песчано—галечные грунты частично замещаются песчано—илистыми, характерными для равнинных рек

В среднем течении крупных предгорных рек донное население отличается разнообразием (190 таксонов), высокой численностью (24,7 ± 5,4 тыс. экз./м2) и относительно небольшой биомассой (13,49 ± 3,66 г/м2), поскольку в нем, как и в малых предгорных водотоках, преобладают мелкие хирономиды - M. gr. praecox (21 %), O. obumbratus (7 %), T. gr. bavarica (5 %), P. orientalis (5 %). O. nitidoscutellatus (5 %). Более или менее заметную роль в формировании общей биомассы, кроме хирономид, играют поденки C. cava (5 %), веснянки сем. Perlodidae (12 %), ручейники O. unicolor и B. americanus (9 %) и типулиды A. salisetorum (7 %).

В нижнем течении крупной предгорной реки донное население характеризуется меньшим разнообразием (100 таксонов), низкой биомассой (7,48 г/м2) при относительно высокой численности (18 тыс. экз./м2) и замещением выраженных литофилов менее стенотопными видами и пелофилами. По сравнению со средним течением реки суммарная доля поденок, веснянок и ручейников по численности сокращается с 14 до 3 %, а олигохет (тубифициды и люмбрикулиды) и хирономид трибы Chironomini возрастает с 0,4 до 11 % и с 0,9 до 10 %, соответственно. Основу населения составляют хирономиды O. obumbratus (18 %), O. nitidoscutellatus (12 %), M. gr. praecox (7 %), P. albicorne (5 %), олигохеты тубифициды и люмбрикулиды (9 и 5 %).По биомассе доминируют тубифициды (22 %).

Сообщество "лососевых ключей" и лимнокренов. Индикаторными признаками этого сообщества являются присутствие родниковых стенобионтов. Население лимнокренов (64 таксона), встречающихся в русле "лососевых ключей", отличается высокой численностью и биомассой – 33,2 ± 4,4 тыс. экз./м2 и 40,12 ± 11,57 г/м2, причем доля стенобионтной крупной хирономиды P. gr. nivosa в этих показателях достигает 30 и 40 %, соответственно. В состав субдоминантов постоянно входят стенобионтные танитарзины M. pharetrophora (14 %), T. gr. chinyensis (5 %) и обычная в предгорных реках ортокладиина H. gr. marcidus (8 %). Население собственно "лососевых ключей" разнообразнее (119 таксонов), его состав и обилие зависят от доли грунтового питания, количественные показатели высокие - 34,9 ± 5,8 тыс. экз./м2  и 29,56 ± 4,67 г/м2. В сообществе преобладают мелкие ортокладиины - 55 % общей численности, основу высокой биомассы формируют немногочисленные крупные беспозвоночные: P. gr. nivosa (14 %), A. salisetorum (14 %), Arcynopteryx sp. (16 %) и P. schmidti (8 %).

Сообщество равнинных водотоков. Население малых водотоков, протекающих по равнинным и заболоченным участкам западного побережья, сходно по видовому составу (коэф. Сёренсена 70 %), но существенно различается по количественным показателям. На меандрирующих участках равнинных речек обнаружено 128 таксонов донных беспозвоночных, количественно преобладают мелкие хирономиды и мошки подсем. Simuliinae, поэтому несмотря на высокую численность — 20,4 ± 2,6 тыс. экз./м2, биомасса населения низкая — 9,23 ± 2,09 г/м2. Доминируют хирономиды Rheotanytarsus sp. (15 %), O. obumbratus (11 %), M. gr. praecox (10 %) и мошки C. curvans (10 %). Население "тундровых" ручьев и речек представляет собой обедненный вариант сообщества равнинных водотоков. Оно разнообразно (120 таксонов), но малочисленно — 4,9 ± 1,2 тыс. экз./м2, а на участках так называемых "торфяных каналов" количество донных беспозвоночных не превышает 0,5 тыс. экз./м2. При этом, благодаря крупным моллюскам и олигохетам средняя биомасса составляет 8,86 ± 2,92 г/м2, а в местах их скопления может достигать 32 г/м2. Структура численности не выражена, 65 % биомассы населения обеспечивают немногие крупные олигохеты, моллюски и бокоплавы G. lacustris.

По составу и структуре макрозообентоса все реки региона относятся к зоне ритрали (Illies, 1961) и, хотя в нижней части речных бассейнов появляются немногочисленные типичные обитатели потомали, господствующее положение в камчатской бентофауне занимают представители литореофильного комплекса.

4.3. Распределение сообществ макрозообентоса по продольному профилю реки. Река Начилова (бассейн р. Большая), протяженностью 72 км, берет начало на склонах невысоких сопок (Набс 350 – 550 м) Срединного хребта, пересекает предгорья (Набс 100 – 350 м), в среднем и нижнем течении протекает по Западно-Камчатской низменности (Набс 10 – 100 м). Выраженный горный пояс в ее бассейне занимает 5 %, предгорный – 25 % и равнинный – 70 % территории. От истока к устью тип реки последовательно изменяется; в начале стока – реокрен, на горных слонах – порожистый водоток, у подошвы сопок – предгорный с пойменно–русловыми разветвлениями, на равнине – равнинный меандрирующий, на приморской низменности – "тундровый". За четыре года наблюдений (июль – август) в реке обнаружено 160 таксонов донных беспозвоночных, из них на всем протяжении русла встречаются единицы. Сообщество реокрена отличается небольшим видовым разнообразием, поэтому его сходство с населением горных порожистых участков русла невелико (коэф. Сёренсена 0,48). Сходство фаун горных и предгорных участков составляет 0,72; предгорного и равнинного – 0,61; равнинного и "тундрового" – 0,55.

В реокрене одного из горных притоков р. Начилова (Набс 360 м), обследованного один раз в конце сентября обнаружено 25 таксонов донных беспозвоночных, количественные показатели невелики – 4,9 тыс. экз/м2 и 10,10 г/м2, состав доминантов обычен для этого типа сообщества - планария P. schmidti, ручейник A. zonella и типулида A. salisetorum.

На порожистом участке реки (Набс 230 м) разнообразие и обилие бентоса возрастают, в нем количественно преобладают мелкие хирономиды E. gr. devonica (16 %), T. gr. bavarica (10 %), M. gr. praecox (8 %), E. gr. gracei (7 %), R. effusus (6 %) и поденки B. bicaudatus (13 %). Литореофильное население (76 таксонов) предпочитает пороги. В этом биотопе количественные показатели в среднем составляют 23,3 тыс. экз./м2 и 24,87 г/м2, на отдельных порогах достигают 68,0 тыс. экз./м2 и 73,66 г/м2. В эрозионных углублениях и прибрежных мелководьях с песчаным дном встречается 40 % видов, количественные показатели низкие – в среднем 5,7 тыс. экз./м2 и 5,55 г/м2.

Население предгорного русла разнообразнее (92 таксона), но по количественным показателям уступает населению горного - средние численность и биомасса составляют 13,8 тыс. экз./м2 и 12,25 г/м2. Доминирует M. gr. praecox (19 %), субдоминанты – хирономиды E. gr. gracei (10 %) и поденки C. cava (7 %). На этом участке русла условия обитания на перекатах и мелководных плесах различаются несущественно, тем не менее качественные и количественные состав населения на перекатах (75 таксонов, 16,5 тыс. экз./м2, 14,01 г/м2) несколько выше, чем на плесах (64 таксонов, 11,07 тыс. экз./м2, 10,48 г/м2).

На равнинном участке реки с умеренным течением и обильной водной растительностью на перекатах и относительно глубоких плесах обнаружено 89 таксонов донных беспозвоночных, средняя численность и биомасса населения составляют 16,3 тыс. экз./м2 и 11,49 г/м2. В бентосе доминируют хирономиды R. pentapodus (17 %), M. gr. praecox (16 %), к рангу субдоминантов относятся тиниподины R. оrnatа (7 %) и на перекатах мошки C. curvans (10 %). Характерной особенностью населения является появление хирономид трибы Chironomini (6 видов), а также группы гемипотамофилов (15 видов), предпочитающих равнинные участки предгорных рек и равнинные водотоки. Из них только поденки H. sulfurea и ручейники Micrasema sp.предпочитают плесы, остальные более многочисленны на перекатах. На относительно мелководных гравийно—галечных перекатах средняя численность и биомасса бентоса значительно выше (24,4 тыс. экз./м2 и 15,09 г/м2), чем на песчано—галечных заиленных плесах. (8,2 тыс. экз./м2 и 7,89 г/м2).

Население нижнего "тундрового" участка русла характеризуется снижением разнообразия (69 таксона) и численности (средняя 7,3; максимальная 13,5 тыс. экз./м2). Благодаря крупным бокоплавам, олигохетам и моллюскам биомасса составляет в среднем 18,43 г/м2, а в местах их скопления может достигать 30 г/м2. Более или менее многочисленны хирономиды T. gr. clavicornis (12 %), C. gr. tremulus (9 %), олигохеты (11 %) и бокоплав G. lacustris (7 %).

Продольное распределение донных беспозвоночных в русле модельной реки подтверждает, что изменение типа водотока от истока к устью сопровождается закономерной сменой сообществ макрозообентоса. Структура и количественные показатели населения горного, предгорного, равнинного и "тундрового" участков р. Начилова соответствуют обобщенной характеристике сообществ этих типов.

4.5. Реакция макрозообентоса на изменение гранулометрического состава грунта. Известно, что разнообразие и обилие речной бентофауны положительно коррелирует со скоростью потока и отрицательно с глубиной (Тесленко, Холин, 2005; Ebrahimnezhad, Harper, 1997), при этом определяющим является тип субстрата и его стабильность (Grubaugh et al., 1996; Kohler, Soluk, 1997). Связь состава и обилия макрозообентоса с качеством субстрата исследовали в метаритрали в р. Первая Красная (бассейн р. Большая). На контрольном мелководном участке русла выделили восемь микробиотопов очевидно различавшихся по скорости течения и размерному составу грунта, который определяли по стандартным методикам (Леман, Чебанова, 2005). Наиболее тесно связано с течением содержание в грунте мелких <1 мм частиц (r= - 0.78, р=0.95); в прибрежной заводи со слабым течением (0,18 м/с) доля этих фракций на гравийно-галечном дне достигала 23 % по массе; в микробиотопах с умеренным течением (0,44-0,75 м/с) составляла 12-14 %, на быстром течении (1,1-1,2 м/с) не превышала 5 %.

В бентосе контрольного участка количественно преобладали хирономиды (доминанаты P. orientalis и M. gr. praecox), основу биомассы обеспечивали крупные поденки, веснянки и ручейники. Население выделенных микробиотопов существенно различалось по составу, структуре и количественным характеристикам. Литореофильные поденки, веснянки и ручейники (12 видов) явно предпочитали галечник в верхней части переката. На грунте с преобладанием гальки (dср. 13-16 мм) они составляли 11 % общей численности и 55 % биомассы населения, на грунте с преобладанием гравия (dср. 10-11 мм) - соответственно 9 % и 39 %, в заводи (dср. 9,5 мм) доля единичных личинок по массе не превышала 23 %. Литореофильная P orientalis также предпочитала крупную гальку (dср. 14-16 мм). В этом микробиотопе ее численность достигала 11-14 тыс. экз./м2, преобладали предкуколки и куколки, в остальных - молодь II – III возрастов. В заводи даже молодь P.orientalis встречалась единично (0,06 тыс. экз./м2). Численность относительно эвритопной M. gr. praecox в выделенных микробиотопах колебалась в пределах 1-3 тыс. экз./м2 с максимумом  на крупной гальке. Население заиленного гравия в заводи существенно отличалось от населения собственно переката количественным преобладанием (62 %) пелофилов — хирономид P. gr. branickii,, P. gaedii, P. olivacea, O. fulva, P. albicorne, S. coracina и мелких олигохет-энхитреид. Пелофилы достоверно предпочитали мелкие (<0,5 мм) грунты (r = 0.76, р = 0.95), доля литофилов в бентосе зависела, хотя и менее явно (r = 0,47, р < 0,95), от более крупных фракций (рис. 4). Относительно слабая связь с составом грунта у литофилов, очевидно, обяснялась тем, что обильная в период исследований молодь массовой Р. orientalis встречалась не только на гальке, но и на крупном гравии.

Население четырех микробиотопов гальки (dср. 11 – 16 мм) на умеренном и быстром течении, характеризовалось единством структуры (парные Kns 66 – 83 %, средний 72 %), количественным преобладанием крупных литофильных беспозвоночных, высокой численностью и биомассой. Уменьшение среднего размера частиц грунта приводило к обеднению литофильного сообщества, а в заводи со слабым те

       

Рис. 4. Коррелограммы избирательности лито- и пелофильных беспозвоночных по отношению к размерному составу речного грунта (по оси Y – коэффициенты корреляции Пирсона между содержанием отдельной фракции грунта и долей беспозвоночных данной экологической группы в % от общей численности бентоса).

чением и мелкофракционными осадками происходила частичная замена  литофилов пелофилами. Сходство населения заводи с прочими микробиотопами колебалось в пределах 17-30 %. Снижение среднего размера частиц грунта вызывало не только структурные изменения населения выделенных микробиотопов и замену литофилов пелофилами, но сопровождалось закономерным снижением численности и биомассы донных беспозвоночных (рис. 5).

Рис. 5. Изменение численности и биомассы бентоса в зависимости от среднего размера частиц грунта.

Выявленная зависимость качественного состава и количественных показателей бентоса от гранулометрического состава грунта, бесспорно, имеет общий характер. Она отчетливо прослеживается в модельной р. Начилова как в масштабе структурной единицы плес—перекат, так и в масштабе всей реки. Увеличение доли мелкофракционных осадков на дне, по мере снижения уклона речного русла и скорости течения, приводит к закономерному обеднению литореофильного населения, частичной замене его псаммо- и пелофилами и, как следствие, к снижению общей численности и, особенно, биомассы макрозообентоса при переходе от горных участков русла к предгорным, равнинным и "тундровым". Очевидно, что это справедливо и для крупных речных бассейнов.

ГЛАВА 5. СОСТАВ И ДИНАМИКА ДРИФТА ДОННЫХ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ В ВОДОТОКАХ РАЗНОГО ТИПА.

Дрифт, или перемещение речным потоком донных беспозвоночных, совершающих активные миграции или попавших в толщу воды случайно, является общей особенностью текучих вод. Этим термином обозначают как процесс переноса, так и совокупность участвующих в нем организмов. Существуют две классификации дрифта, первая — на основе причин его вызывающих (Waters, 1972), вторая — на основе его роли в процессах биологического продуцирования в реках (Богатов 1994). Согласно обеим классификациям наиболее обычным для водотоков является активный дрифт беспозвоночных, самостоятельно поднимающихся в толщу воды и затем опускающихся на дно.

Роль дрифта в речных экосистемах многогранна, активные миграции донных беспозвоночных в толще воды способствуют сохранению оптимальной плотности и максимального разнообразия населения, а также реколонизации нарушенных участков русла. При этом следует подчеркнуть, что дистанции дрифта гидробионтов незначительны, и сообщества на каждом участке русла существуют достаточно автономно (Богатов, 1994). В горных и предгорных водотоках дрифт является реальной кормовой базой молоди лососевых, поскольку на быстром течении донные беспозвоночные населяют, как правило, нижнюю поверхность гальки, а также трещины между частицами гравия, и мало доступны для рыб.

5.1. Структура дрифта в водотоках разного типа. Установлено, что в течение весенне-летнего периода в толще воды встречаются практически все обитающие на данном участке русла беспозвоночные. Основу дрифта в камчатских водотоках всех типов составляют хирономиды, присутствующие в толще воды постоянно. Доля хирономид в водотоках разного типа колеблется в пределах 58-90 % общего количества и 14-65 % биомассы мигрантов. Поденки летом являются вторыми по значимости в дрифте после хирономид. Вгорных и малых предгорных водотоках их доля в дрифте по численности составляет 18-30 % (средняя 22 %), а по массе достигает 17-47 % (средняя 33 %). В крупных предгорных реках доля поденок в дрифте снижается (в среднем 8 % численности и 18 % биомассы), на равнинных участках малых рек они встречаются в толще воды реже и в меньшем количестве, в "тундровых" водотоках поденки в толще воды, как и в бентосе, единичны.

Мошек, ручейников и веснянок можно отнести к второстепенным мигрантам, поскольку они участвуют в дрифте нерегулярно и относительно немногочисленны. Мошки в дрифте водотоков гор и предгорий составляют в среднем 7 % численности и 9 % общей массы мигрантов. В "лососевых ключах" и равнинных водотоках мошек в дрифте обычно мало – не более 4 % численности и 1 % биомассы, однако в период размножения их количество в толще воды может увеличиваться. Так, на перекате равнинного участка р. Начилова в начале июля разновозрастные мошки C. curvans обеспечивали половину общего количества и треть биомассы мигрантов. Доля веснянок в дрифте обычно не более 2 % и только в крупных предгорных реках достигает летом 5-12 % по численности и 14-28 % по биомассе. При этом массовые миграции зрелых, готовящихся к вылету личинок наблюдались только у вида T. japonicum в среднем течении р. Быстрая. Из ручейников активными мигрантами являются только O. unicolor и B. americanus с домиками из растительных частиц. В мае – июне крупные зрелые личинки этих видов - обычный компонент дрифта предгорных рек. Как правило, они встречаются в толще воды единично, обеспечивая, благодаря крупным размерам, 20-40 % общей биомассы мигрантов, однако в некоторых малых водотоках в пик миграций их доля в дрифте может достигать 11 % по численности и 80 % по биомассе.

Постоянно и во всех водотоках мигрируют водяные клещи, но их доля в общей численности и, тем более, в биомассе дрифта незначительна. Постоянное присутствие в толще воды моллюсков наблюдалось только в "тундровой" р. Хайковая, подвергавшейся в начале 90-х годов тепловому загрязнению. Прочие донные беспозвоночные встречаются в дрифте спорадически.

5.2. Количественные показатели дрифта в водотоках разного типа. Плотность и биомасса дрифта в водотоках разного типа обусловлены структурой донного населения. В малых горных водотоках, благодаря активным миграциям поденок, средняя плотность и биомасса дрифта в июне—июле достигали 35—36 экз/м3 и 24—48 мг/м3, в крупных горных реках эти показатели колебались в пределах 20—29 экз/м3 и 18—26 мг/м3. В малых предгорных водотоках количественные показатели дрифта в июне—июле варьировали в пределах 15—38 экз./м3 и 16—52 мг/м3, в среднем течении крупных предгорных рек — в пределах 13—35 экз./м3 и 15—37 мг/м3. Максимальные значения биомассы дрифта в водотоках предгорий обусловлены миграциями крупных зрелых личинок ручейников O. unicolor и B. americanus. В нижнем течении крупной предгорной реки дрифт отличался высокой плотностью и низкой биомассой — в среднем 29 экз/м3 6 мг/м3, поскольку в нем, как и в бентосе, количественно преобладали мелкие хирономиды. В "лососевых ключах" дрифт также на 90 % состоит из хирономид, его количественные показатели относительно невелики — 15 экз./м3 и 9 мг/м3. На равнинных участках малых рек и в "тундровых" водотоках средняя плотность дрифта в июне—июле снижалась, соответственно, до 7—15 экз/м3 и 2—8 экз/м3, а биомасса обычно составляла всего 4—7 мг/м3 и 0,7 – 2 мг/м3. Закономерный характер обеднения дрифта при изменении типа водотока от истока к устью подтверждается изменением количественных показателей вдоль русла модельной реки. На горном участке р. Начилова плотность и биомасса дрифта в июне—июле составляли 35 экз./м3 и 24 мг/м3, на предгорном - 15 экз./м3 и 16 мг/м3, на равнинном – 10 экз./м3 и 7 мг/м3, на "тундровом" – 7 экз./м3 и 2 мг/м3. На предгорном участке 50 % общей биомассы обеспечивали немногие ручейники O. unicolor и B. americanus.

5.3. Сезонная динамика дрифта. Дрифт в камчатских водотоках имеет четко выраженную сезонную периодичность, обычную для географических областей со сменой времен года и обусловленную закономерным изменением миграционной активности беспозвоночных в ходе их жизненных циклов.

Как показали круглогодичные наблюдения в водотоках разного типа, плотность дрифта в октябре-марте минимальна - в среднем 4 экз./м3, а в весенне-летний широко варьирует в зависимости от состава мигрантов в отдельных водотоках и от даты к дате. Однако при всей динамичности дрифта определенные тенденции его динамики в весенне-летний период все же прослеживаются. В апреле происходит резкое увеличение миграционной активности многих видов донных беспозвоночных и плотность дрифта достигает, в зависимости от видового состава, 10—69 экз./м3 и в среднем для всех обследованных водотоков составляет 30 экз./м3. В мае количество мигрантов в толще воды в среднем остается высоким — 32 экз./м3 (пределы колебаний 10—65 экз./м3), а в июне—июле заметно снижается — до 20 экз./м3 (3—52 экз./м3). В августе—начале сентября наблюдается второй небольшой пик дрифта — 24 экз./м3 (8 до 47 экз./м3), однако уже во второй половине сентября его плотность снижается до осенне—зимнего минимума. Увеличение общей плотности дрифта в конце лета обусловлено массовым миграциям некоторых видов хирономид, готовящихся к вылету весенних генераций.

Сезонная динамика биомассы дрифта зависит не только от численности мигрантов, но и от их видового и возрастного состава. Во всех водотоках биомасса минимальна (2—4 мг/м3) в октябре-марте, максимальна - с середины апреля до начала июля, когда в дрифте преобладают зрелые, готовящиеся к вылету, личинки перезимовавших генераций амфибиотических насекомых. В этот период в водотоках, где большинство мигрантов составляют хирономиды, биомасса дрифта обычно варьирует в пределах 10-20 мг/м3. В предгорных реках, благодаря относительному обилию в толще воды крупных веснянок, поденок и ручейников, биомассы значительно выше - от 10 до 43 мг/м3. В р. Ключевка во время активных миграций зрелых ручейниковO. unicolor и B. americanus биомасса дрифта достигала в отдельные даты 140—180 мг/м3. Во второй половине лета количество мигрантов даже в одном водотоке широко варьирует, но, поскольку в толще воды преобладает молодь новых генераций, биомасса дрифта обычно колеблется в пределах 5—17 мг/м3.

В период активных весенне-летних миграций амфибиотических насекомых состав дрифта меняется в соответствии со сроками вылета отдельных видов. Эта закономерность наглядно проявляется в смене доминантов. Например, в р. Паратунка из года в год массовый дрифт начинают зрелые личинки и предкуколки перезимовавших генераций хирономид O. obumbratus (конец марта-апрель) и D. cultriger (середина апреля-май). С конца мая до августа в толще воды доминируют разновозрастные личинки M. gr. praecox, кроме них в июне относительно обильны зрелые личинки O. (E.) saxosus, в июле - предкуколки R. spinicornis. Завершают массовый дрифт миграции предкуколок весенних генераций O. obumbratus (август) и D. cultriger (конец августа - начало сентября).

Влияние половодья на дрифт донных беспозвоночных в крупной предгорной р. Паратунка в течение трех смежных лет (1984-1986 гг.) установить не удалось. Сохранение суточной динамики дрифта в половодье свидетельствовало о незначительной доле пассивных мигрантов, смытых со дна потоком (Vmax 2,14 м/с); в летнюю межень плотность дрифта ночью в 1,5-4 раза превышала дневную, в половодье - в 1,5-3 раза.

Поскольку сезонная динамика дрифта обусловлена закономерными биологическими процессами в популяциях амфибиотических насекомых, ее общая тенденция сохраняется из года в год - численность и биомасса возрастают с началом активных миграций зрелых личинок и достигают максимума во второй половине мая-начале июня, т.е. перед массовым вылетом большинства видов. В годы с температурным режимом близким к среднемноголетнему сроки наступления весеннего максимума дрифта смещаются незначительно - в пределах 7-10 дней. За 12 лет наблюдений существенные отклонения происходили дважды и были связаны с температурными аномалиями. После суровой затяжной зимы 1983—1984 гг. массовые миграции в р. Паратунка начались на две недели позже, чем в 1985 и 1986 гг., причем общая численность мигрантов в апреле-июле была на порядок меньше. Весной 1996 г. среднесуточные значения температуры воды в р. Плотникова достигли 4.0о С на месяц раньше среднемноголетней даты, что ускорило на 3 недели массовые миграции и вылет амфибиотических насекомых.

Рассматривая дрифт как кормовую базу следует учитывать, что не все мигрирующие в толще воды донные беспозвоночные доступны для молоди лососей. Анализ обширного материала по питанию показал, что крупные ( > 15-17 мм) личинки ручейников O. unicolor, B. americanus  и веснянок сем. Perlodidae, а также моллюски с диаметром раковины более 4 мм не встречаются в желудках молоди, даже у двухгодовиков кижуча и чавычи. Судя по размерному составу мигрантов весь дрифт горных водотоков, "лососевых ключей" и большинства равнинных водотоков можно считать "кормовым", тогда как в предгорных водотоках в весенне-летний период биомасса "кормового" дрифта составляет 60-80 % от общей.

5.4. Суточная динамика дрифта. Активные миграции донных беспозвоночных являются эндогенной поведенческой реакцией и характеризуются суточной динамикой с периодом в 24 часа. Наиболее распространен ночной тип миграционной активности, т.е. быстрое повышение интенсивности миграций с наступлением темноты и возврат к дневному уровню на рассвете. Внешним фактором, инициирующим и синхронизирующим дрифт ночных мигрантов, является освещенность. По данным литературным ночная активность свойственна практически всем видам поденок, веснянок, мошек и большинству ручейников, дневная - водяным клещам и некоторым ручейникам, у хирономид активность не приурочена к какому-либо времени суток. Сложившееся мнение об отсутствии выраженного суточного ритма дрифта у хирономид связано с тем, что это семейство рассматривалось в целом, тогда как тип миграционной активности - видовая особенность.

Анализ суточной динамики дрифта отдельных видов показал, что в камчатских водотоках поденки, веснянки, ручейники, мошки и большинство хирономид проявляют выраженную ночную активность. Пять видов хирономид - дневные мигранты, из них два — D. gr. insignipes и P. orientalis в некоторых водотоках являются массовыми и в отдельные периоды могут нивелировать и даже определять общую картину дрифта. Установлено, что тип суточной активности личинок данного вида не зависит от их возраста и времени года.

Сезонные особенности суточной динамики дрифта исследовали в крупной предгорной р. Паратунка и ее притоке р. Микижа, для наглядности количество беспозвоночных, мигрировавших в разное время суток, выражено в процентах от общего (рис. 6). В этих водотоках большинству мигрантов присущ ночной тип активности и общий дрифт характеризовался постоянством суточной динамики с максимумом в период темноты. Поскольку для ночных мигрантов стимулом является снижение освещенности ниже порогового уровня, максимум дрифта в обоих водотоках в весенне-летний период наблюдается позже (24оо-3оо), чем в осенне-зимний (21оо -24оо). Следует отметить, что молодь лососей, идентифицирующая кормовые объекты с помощью зрения, активно питается дрифтом в утренние и вечерние сумерки и днем, наиболее интенсивный ночной дрифт доступен ей только при ярком лунном освещении.

-

Рис. 6. Сезонные изменения суточной динамики дрифта (I – осеннее-зимний период, II – весеннее-летний период).

ГЛАВА 6. РОЛЬ БЕНТОСА И ДРИФТА В ПИТАНИИ

МОЛОДИ ЛОСОСЕЙ.

В камчатских водотоках, где зоопланктон отсутствует, а быстрое течение и плотные каменисто-галечные грунты ограничивают доступность макрозообентоса, дрифт донных беспозвоночных является важнейшим источником питания молоди лососей. Об этом свидетельствует сходство спектров и ритмов питания рыб со структурой и динамикой дрифта как в течение суток, так и в сезонном аспекте. Считается, что само территориальное поведение лососевых – это конкуренция за микробиотопы, удобные для питания дрифтом, от обилия которого зависят площади индивидуальных кормовых территорий и, в конечном счете, плотность пестряток в реках (Elliott, 1990; Grant et al., 1998; Keeley, McPhail, 1998). Решение вопроса, как молодь питается донными организмами - со дна или в толще воды, имеет значение не только для понимания ее экологии, но позволяет выяснить какую часть кормовых ресурсов рек следует считать реальной кормовой базой лососевых.

6.1. Сезонные изменения питания и пищевого поведения молоди кижуча. Обширный материал, собранный нами в водотоках бассейна р. Большая, свидетельствует о значительном сходстве питания молоди кеты, нерки, чавычи и кижуча в период речного нагула. Выбор молоди кижуча в качестве объекта исследования сезонной динамики питания, объясняется ее относительно большой численностью и длительным пресноводным периодом жизни. Выбор "лососевого ключа" Карымайский (бассейн р. Быстрая) местом этих исследований связан с тем, что плотность заселения его молодью остается высокой в течение всего года.

С октября по апрель молодь питалась слабо — средние показатели накормленности колебались в пределах 30-67 %оо, доля рыб с пустыми желудками — в пределах 20-35 %. За первые две недели апреля накормленность рыб увеличилась вдвое (пустых 10 %), затем быстро нарастала и летом составляла в среднем 235-249 %оо (пустых желудков нет). Снижение интенсивности питания началось в сентябре (177 %оо, 4 %), к середине октября накормленность рыб уменьшилась в 2,5 раза (пустых 35 %). Хотя в ключе с грунтовым питанием годовая амплитуда температуры воды невелика, скачкообразные «сдвиги» интенсивности питания молоди в октябре и апреле, очевидно, были связаны с переходом среднесуточных температур через 4 оС.

В кл. Карымайский плотность и биомасса бентоса в течение года изменяются незначительно, в среднем за осенне—зимний период (октябрь—март) эти показатели были всего в 1,5 и 1,2 раза ниже, чем за весенне—летний. В отличие от бентоса, дрифт донных беспозвоночных в ключе характеризовался выраженной сезонной динамикой. В весенне—летний период плотность дрифта колебалась в пределах 10—24 экз./м3, в осенне—зимний была постоянно низкой — в пределах 2—6 экз./м3. Сравнивая сезонную динамику питания молоди кижуча с количественными показателями бентоса и дрифта в ключе можно предположить, что в течение всего года обилие донного населения не являлось лимитирующим фактором, в осенне—зимний период снижалась только доступность донных беспозвоночных для рыб.

Основным кормом разновозрастной молоди в "лососевом ключе", как и в водотоках других типов, являлись хирономиды, доминировавшие в бентосе и дрифте, причем в период их размножения (март-октябрь) молодь охотно питалась не только личинками, но также куколками и имаго. Кроме хирономид, только крупные поденки в июне составляли около 20 % пищевых объектов. Краткий период активного питания поденками совпал с дрифтом зрелых личинок и нимф трех более или менее многочисленных в ключе видов. Прочие донные беспозвоночные, в том числе относительно обильные на перекатах ручейники A. zonella, существенного значения в питании молоди кижуча не имели.

Хотя различить организмы из дрифта или бентоса в желудках рыб невозможно, показательно, что в 11 из 13 суточных серий вид, доминировавший в дрифте, преобладал и в питании молоди, совпадение с бентосом наблюдалось только в 3 сериях. Коэффициенты корреляции "питание – дрифт", за исключением двух дат, колебались в пределах 0,57-0,98 (Р = 0,05 и 0,01 tr = 0,56 и 0,70), коэффициенты корреляции "питание – бентос" в весенне-летний период составляли 0,07-0,53, в осенне-зимний увеличивались до 0,61-0,95. Связь питания с дрифтом была достоверна в течение всего года, с бентосом – только в осенне-зимний период, когда из-за сокращения дрифта малькам приходится чаще брать пищу с заиленных участков дна. Косвенным подтверждением питания со дна зимой служит появление в желудках рыб значительного количества детрита - у некоторых особей до 65 % массы пищи.

Таким образом, изменение доступности кормовых объектов в течение года, обусловленное динамикой жизненных циклов массовых видов амфибионтов, отражается на пищевом поведении молоди лососей. В весенне-летний период, при интенсивном дрифте личинок и массовом вылете имаго молодь предпочитает подвижные кормовые объекты в толще воды или на границе "вода – воздух". Поздней осенью и зимой мальки питаются слабо и вынуждены чаще искать корм на дне.

6.2. Суточная динамика питания молоди кижуча. Пищевая активность рыб в течение суток также связана с изменением обилия доступных кормовых объектов, причем питание куколками и имаго следует рассматривать как единый процесс, поскольку и тех и других молодь захватывает, поднимаясь к поверхности воды. Во время метаморфоза куколки всплывают со дна и 1-1,5 минуты неподвижно дрейфуют, пока идет вылупление имаго. Как показал анализ содержимого желудков разновозрастного кижуча в ключе, куколки, заглоченные во время метаморфоза, составляют примерно 70 % от их общего количества, причем связь потребления куколок с дрифтом в целом или с дрифтом самих куколок отсутствует.

В весенне-летний период свежезаглоченные кормовые объекты встречаются в желудках практически круглые сутки, следовательно, молодь питается постоянно и чередование нескольких пиков и спадов жора не согласуется ни с динамикой дрифта, ни с вылетом имаго, ни с суточным ходом температуры воды (табл.2). Зная,

Таблица 2

Связь суточной динамики питания сеголеток кижуча с дрифтом донных беспозвоночных, вылетом имаго и температурой воды

Показатели

ra

2

Общее количество пищевых объектов в желудках — дрифт

0,27

2,39

Общее количество пищевых объектов в желудках — температура воды

0,22

3,20

Количество личинок донных беспозвоночных в желудках — дрифт

0,55

20,50

Количество личинок донных беспозвоночных в желудках — температура воды

0,30

0,06

Количество куколок и имаго в желудках — вылет насекомых

0,66

15,04

Количество куколок и имаго в желудках — температура воды

0,11

0,70

Примечание: ra – коэффициент ассоциации Юла, при Р = 0,01, st2 = 10,8.

что молодь добывает пищу и в толще воды и на границе "вода-воздух", целесообразно рассматривать потребление отдельных видов жертв в зависимости от их поведения. Этот прием позволил установить, что изменение количества куколок и имаго в желудках рыб связано с суточной динамикой вылета насекомых, а личинок донных беспозвоночных - с суточной динамикой дрифта. Причем суточный ритм питания дрифтом в каждую дату зависит от состава массовых мигрантов. Обычно в толще воды ключа количественно преобладают ночные мигранты и максимальное потребление личинок приходится на темное время суток (24оо-3оо). Однако, в периоды массовых миграций хирономид D. gr. insignipes и P. orientalis с дневным типом активности пик потребления личинок смещался на дневные часы (12оо-15оо).

Количественный анализ связи содержимого желудков рыб с суточной и сезонной динамикой дрифта, а также с обилием бентоса, убедительно показал, что молодь лососей предпочитает питаться донными беспозвоночными во время их миграций в толще воды. Исходя из представления о кормовой базе, как о доступной части кормовых ресурсов (Боруцкий, 1960), можно утверждать, что в камчатских водотоках обилие бентоса дает представление о кормовых ресурсах, а обилие дрифта – о кормовой базе молоди лососей.

ГЛАВА 7. ИЗМЕНЕНИЕ СООБЩЕСТВ МАКРОЗООБЕНТОСА

В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

До настоящего времени особенности распределения и хозяйственной деятельности населения Камчатки обеспечивали сохранность лососевых рек в их первозданном состоянии, однако последние 10 лет в связи с развитием горнодобывающей отрасли и энергетики возникли мощные очаги антропогенного воздействия на наиболее ценные нерестово-вырастные водотоки лососевых, причем в перспективе их количество будет увеличиваться. Поскольку популяции тихоокеанских лососей, характеризующиеся значительной естественной временной вариабельностью численности, не могут быть использованы для экспресс-мониторинга (Ham, Pearsons, 2000), основным объектом его служит макрозообентос, отличающийся обилием, биотопической приуроченностью и длительными жизненными циклами большинства видов. «Донные беспозвоночные вследствие эффекта кумуляции чувствительны даже к слабым изменениям среды, кроме того, постоянно присутствуя в водоеме они реагируют на кратковременные «залповые» сбросы загрязняющих веществ, которые при физических и химических методах контроля, рассчитанных на дискретный во времени отбор проб, могут остаться не учтенными» (Баканов, 2000). Соответственно изменения структуры и обилия сообществ макрозообентоса, выходящие за пределы естественных флуктуаций и создающие угрозу деградации, являются надежным показателем степени экологического неблагополучия водоемов.

7.1. Методика проведения биомониторинга в реках Камчатки. Отправным моментом проведения импактного биомониторинга является определение "фонового", т.е. исходного, состояния бентофауны в данном водотоке. В идеале «фоновые» исследования проводятся на этапе проектирования хозяйственного объекта, однако, обычно мониторинг ограничен зоной воздействия уже функционирующего объекта. В такой ситуации единственным способом адекватной оценки изменений бентофауны является сравнение ее с «региональным фоном», в качестве которого предлагаются типовые характеристики выделенных нами сообществ камчатского макрозообентоса.

Особенности бентофауны и трофического статуса камчатских водотоков ограничивают возможность применения рекомендованных ГОСТом индексов Вудивиса, Пареле и Балушкиной, разработанных для рек европейской части. Опыт проведения мониторинга на реках региона показал, что для адекватной оценки техногенных изменений сообществ макрозообентоса целесообразно использовать комплекс показателей: индексы ЕРТ, т.е. индикаторной группы поденок, веснянок и ручейников, коэффициенты снижения биоразнообразия и численности (Методика оценки вреда…, 2000), а также индексы общности таксонов и доминант (Lenat, 1994).

7.2. Реакция макрозообентоса на увеличение твердого стока. Увеличение мутности воды и отложение мелкофракционных осадков на дне лососевых водотоков происходит при любых видах хозяйственной деятельности, осуществляемых на территории их водосборов. Максимальное количество минеральных взвесей поступает в водотоки на этапах геологоразведки и строительства, после обустройства объектов многократное увеличение твердого стока продолжается в результате переполнения илоотстойников, хвостохранилищ, эксплуатации грунтовых дорог, неэффективных противоэрозионных мероприятий. В горных и предгорных водотоках с быстрым течением шлейфы мутности и ухудшение качества донного грунта наблюдаются на расстоянии десятков километров от источника загрязнения. Техногенное увеличение мутности и мелкофракционных осадков угнетающе действует на литореофильный бентос, а при многократном и длительном превышении естественного уровня, приводит к полной деградации донного населения, причем первыми реагируют поденки, веснянки, ручейники и мошки.

Влияние техногенных взвесей можно проиллюстрировать на примере горнорудного месторождения в верховьях р. Ага, впадающей (10 км ниже разработок) в р. Копылье. После ввода в строй илоотстойников количество взвеси в реке в летнюю межень превышает ПДКр/х; в районе разработок – в 15, в приустьевом участке – 5 раз. На участке русла, примыкающем к месторождению, бентос практически деградировал, относительно "фона" видовое разнообразие снизилось в 3,5 раза, число видов ЕРТ – в 5 раз, индекс ЕРТ и количественные показатели - на порядок (табл. 3), произошла смена доминант - диамезы уступили ортокладиинам.

Таблица 3

Ухудшение состояния макрозообентоса в р. Ага (1 –"фон", 2 – воздействие).

Показатели

р. Ага

р. Копылье

в районе устья

р. Ага

район

разработок

10 км ниже разработок

2

1

2

1

2

Количество семейств

25

6

18

12

20

16

Количество видов

54

15

40

28

52

37

Численность, тыс.экз/м2

17,6

1,4

13,3

8,9

38,6

37,9

Биомасса, г/м2

59.10

1,14

23,96

7,29

51,57

19,88

Количество видов ЕРТ

10

2

11

6

14

10

Индекс ЕРТ

0,3

0,01

0,2

0,02

0,3

0,04

Индекс общности таксонов

0,18

0,46

0,71

Индекс общности доминант

0,15

0,37

0,54

В приустьевом участке реки изменения макрозообентоса менее резки, хотя увеличение мелкофракционных осадков на дне привело к полному исчезновению мошек и росту численности мелких олигохет-энхитреид. Согласно критериям индексов общности таксонов и доминант техногенное воздействие на бентофауну р. Ага в районе разработок можно оценить как "тяжелое", в приустьевом участке - как "среднее". В р. Копылье ниже устья притока наблюдается шлейф мутности, причем после дождей содержание минеральных взвесей в нем увеличивается в 5 раз. Бентос р. Копылье в зоне влияния техногенных взвесей отличается от населения вышележащего участка сокращением разнообразия и, особенно, индекса ЕРТ, его численность благодаря обилию мелких энхитреид и ортокладиин остается высокой, но биомасса снижается в 2,5 раза за счет убыли крупных ЕРТ. Судя по индексам общности таксонов и доминант макрозообентос р. Копылье ниже впадения мутного притока испытывает «слабое» техногенное воздействие.

Пагубное влияние техногенных взвесей на макрозообентос горных и предгорных водотоков закономерно, поскольку преобладающие в сообществах беспозвоночные-литореофилы адаптированы к обитанию на каменисто-галечных грунтах и негативно реагируют на их "заиление". Как показали исследования на галечном перекате малой предгорной реки, при накоплении мелких фракций в грунте сокращение его "среднего диаметра" на каждые 0,1 мм сопровождалось снижением численности и биомассы бентоса на 300 экз./м2 и 0,5 г/м2, соответственно.

7.3. Реакция на макрозообентоса на изменение водности потока. Существенные изменения водности малых лососевых водотоков происходят при строительстве ГЭС и на рудных месторождениях, если сток геологоразведочных и производственных штолен превосходит речной.

Строительство каскада малых ГЭС в верховьях р. Толмачева, изменило гидрологический режим не только самой реки, но и руч. Ключевой, принимающего речные воды, прошедшие через ГЭС. На участке русла между нижней плотиной и устьем этого ручья наблюдается не только сильное обмеление реки, но значительные кратковременные перепады расходов во время работы агрегатов. За 8 лет строительства и эксплуатации каскада ГЭС видовое разнообразие бентоса сократилось вдвое, особенно остро отреагировала на изменение реки индикаторная группа ЕРТ - из 13 видов, обитавших в верховьях реки, осталось 3, индекс ЕРТ упал с 0,4 до 0,03. Состав хирономид менялся постепенно, но к концу наблюдений произошла явная смена доминант – выраженные литореофилы P. orientalis и E. gr. gracei уступили более толерантным T. gr. bavarica и M. gr. praecox. Сформировавшееся в обмелевшей реке сообщество отличается от исходного по составу (общность таксонов 0,54) и, особенно, по структуре (общность доминант 0,27). Эти изменения закономерно отразились на количественных показателях; средняя численность и биомасса исходного населения составляли 20 тыс. экз./м2 и 27 г/м2, через 10 месяцев после прекращения стока из озера снизились до 15 тыс. экз./м2 и 21 г/м2, за 8 лет - до 7 тыс. экз./м2 и 4 г/м2.

Ручей Ключевой до начала воздействия был типичным "лососевым ключом" с мощными родниками, стабильным температурным и уровенным режимом. С вводом в строй нижней ГЭС (расход 8 – 18 м3/с) увеличение водности и значительные периодические колебания уровня и скорости потока негативно отразились на состоянии донного населения ниже водосброса; количество таксонов сократилось на 38 %, общая численность и биомасса – в 4 раза.

7.4. Влияние разработки россыпного месторождения на бентофауну. Освоение россыпных месторождений оказывает губительное прямое и косвенное воздействие на речные экосистемы. На р. Левтыринываям (бассейн р. Вывенка) с 1995 по 2004 гг. полностью разрушены 8 км русла. До разработок на этом участке обитали 86 видов и групп беспозвоночных, по разнообразию и обилию доминировали обычные для горных водотоков хирономиды, поденки и веснянки, количественные показатели бентоса колебались в пределах 10-24 тыс. экз./м2 и 8-25 г/м2.

С 1997 по 2004 гг. протяженность руслоотводного канала увеличилась с 1 до 6 км. Поскольку условия обитания в канале неблагоприятны из-за мутности воды, преобладания илисто-песчаных грунтов и периодических реконструкций, заселение его донными беспозвоночными шло медленно. Всего в руслоотводе обнаружено менее половины таксонов, обитавших на разрушенном участке речного русла, первые два года численность бентоса в канале была в 2 раза, а биомасса – в 4 раза меньше, чем в реке, в 2002 г. - на 40 % ниже "фона".

Масштабное нарушение естественного залегания пород привело к сокращению поверхностного и подземного стока и, соответственно, к уменьшению водности реки на пятикилометровом участке русла ниже разработок. Кроме того, с территории месторождения в нижнее течение реки поступает избыток минеральных взвесей, только в результате русловых деформаций руслоотвода - 200 тыс. м3. Ухудшение среды обитания повлияло на бентофауну нижнего течения реки; в 2004 г. на контрольном участке русла бентос был близок к исходному по видовому составу, однако доля литореофильных ЕРТ сократилась с 32 до 10 %, а общая численность и биомасса донных беспозвоночных снизились в 3 раза.

7.5. Реакция макрозообентоса на закисление. Влияние низких значений рН воды на бентос исследовали на территории Озерновского рудного поля. Естественная ацидификация руч. Кислый за счет разгрузки в него подземных вод с рН 3,0-3,5 дополняется стоком заброшенной штольни (рН 3,0). Хотя максимум кислотного подземного стока приходится на верховья, в нижнем течении ручей остается мезоацидным водотоком с сублетальными значениями рН 4,7-4,8. В августе 1997, 1998, 2006 гг. на этом участке русла встречались единичные планарии, олигохеты-энхитреиды, нематоды, водяные клещи, двукрылые-эмпидиды и личинки 5 видов хирономид, численность и биомасса бентоса колебались в пределах 0,3-0,6 тыс. экз./м2 и 0,03 – 0,27 г/м2. Наиболее толерантной к закислению можно считать только хирономиду D. steinboecki, поскольку в ручье встречались не только ее разновозрастные личинки, но и куколки. Присутствие в кислом ручье ранней молоди прочих хирономид и эмпидид, очевидно, объяснялось роением имаго, вылетевших из соседнего руч. Конгломератовый. В его среднем течении (рН 8,3) обнаружено 45 таксонов донных беспозвоночных, количественно преобладали хирономиды, поденки и планарии, численность и биомасса бентоса составляли 17-18 тыс. экз./м2 и 12-19 г/м2, а ниже устья руч. Кислый наблюдалось закономерное изменение бентоса вдоль градиента рН. В непосредственной близости от кислого притока при рН 5,2-5,8 на дне руч. Конгломератовый обнаружены только планарии, энхиреиды, личинки 1 вида мокрецов и 7 видов хирономид, их численность и биомасса не превышали 1 тыс. экз./м2 и 1,1 г/м2, по мере разбавления кислого стока разнообразие и обилие бентоса восстанавливались - при рН 6,7 появились единичные поденки, веснянки, ручейники и мошки, численность и биомасса бентоса составляли 4 тыс. экз./м2 и 4,5 г/м2, на границе воздействия (рН 7,2) обнаружено 28 таксонов, численность и биомасса – 9 тыс. экз./м2 и 13 г/м2. 

ВЫВОДЫ. 

1. В водотоках Камчатки обнаружены 264 таксона амфибиотических насекомых (146 хирономид, 16 мошек, 33 прочих двукрылых, 26 поденок, 15 веснянок, 20 ручейников, 6 жуков, по одному сетчатокрылых и стрекоз), 5 видов планарий, 6 - ракообразных, 2 – пиявок, олигохеты (6 семейств), моллюски (5 семейств), а также водяные клещи, нематоды, мермитиды и  волосатики. Впервые найдены ракообразные древнего отряда Bathynellacea, для которых значительно расширены границы распространения на север.

2. В камчатских водотоках разного типа выраженные литореофилы составляют не менее 75 % от общего количества донных беспозвоночных.

3. Сходство условий обитания в водотоках данного гидролого-морфологического типа определяет общность наиболее характерных структурных характеристик донного населения. Если река пересекает несколько ландшафтных зон, ее русло закономерно разделяется на участки разного типа, а донное население - на более или менее обособленные сообщества.

4. Бентофауна 78 камчатских водотоков достоверно разделяется на 7 типов сообществ: 1 - население реокренов, 2 - население холодноводных малых горных водотоков, 3 – население умеренно холодноводных малых горных и предгорных водотоков, 4 - население крупных горных рек, 5 - население крупных предгорных рек, 6 - население «лососевых ключей» и родников и 7 - население малых равнинных водотоков.

5. Для литореофилов определяющим фактором является размерный состав грунта и его стабильность. Снижение уклона, скорости течения и среднего диаметра частиц грунта приводит к обеднению литореофильного бентоса и частичной замене его псаммо- и пелофилами. Эта закономерность прослеживается как в масштабе структурной единицы плес-перекат, так и в масштабе реки и речного бассейна. В горных водотоках обилие крупных литореофилов обеспечивает высокую биомассу бентоса - в среднем 20 – 30 г/м2, снижение их доли в сообществах предгорных и равнинных рек сопровождается уменьшением средней биомассы в 2 и 3 раза, соответственно. 

6. Состав и обилие дрифта в водотоках разного типа обусловлены структурой донного населения. В горных водотоках в июне-июле плотность дрифта колебалась в пределах 20-36 экз./м3, в предгорных – в пределах 13 – 38 экз./м3, на равнинных участках малых рек снижалась до 7 – 15 экз./м3, в "тундровых" водотоках - до 2 - 8 экз./м3.

7. В камчатских водотоках, где быстрое течение и плотные каменисто-галечные грунты ограничивают доступность макрозообентоса, молодь лососевых предпочитает захватывать донных беспозвоночных, мигрирующих в толще воды. Связь питания с дрифтом достоверна в течение всего года, а с бентосом – только в осенне-зимний период, когда из-за сокращения интенсивности дрифта малькам чаще приходится брать пищу с заиленных участков дна.

8. Показано, что разные типы техногенного воздействия вызывают обеднение видового состава и снижение количественных характеристик донного населения лососевых водотоков. На начальных этапах воздействия наиболее подвержена антропогенному влиянию так называемая индикаторная группа организмов (поденки, веснянки, ручейники и мошки).

9. Поскольку в большинстве случаев проведение мониторинга ограничено зоной воздействия предлагается в качестве "регионального фона" использовать, типовые характеристики сообществ камчатского макрозообентоса.

Основные публикации по теме диссертации

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК:

  1. Чебанова В.В. Роль мигрирующих беспозвоночных в питании молоди кижуча Oncorchynchus kisutch (Walb.) (Salmonidae) в кл. Карымайский (бассейн р. Большая, западная Камчатка) // Вопр. ихтиол. 1983. Т. 23. № 6. С. 961-968.
  2. Чебанова В.В. Особенности активного дрифта хирономид // Гидробиол. журн. 1984. Т. 20. Вып. 6. С. 14-20.
  3. Чебанова В.В. Динамика дрифта беспозвоночных в лососевых реках разного типа (юго-восток Камчатки) // Гидробиол. журн. 1992. Т. 28. № 4. С. 31-39.
  4. Смирнов Б.П., Чебанова В.В., Введенская Т.Л. Адаптация заводской молоди кеты Oncorchynchus keta и чавычи О. tschawytscha к питанию в естественной среде и влияние голодания на физиологическое состояние молоди // Вопр. ихтиол. 1993. Т. 33. № 5 С. 637-643.
  5. Леман В.Н., Чебанова В.В. О факте массовых миграций сеголеток чавычи в эстуарии р. Большой (Западная Камчатка) // Вопр. рыболовства. 2000. № 2-3. С. 34-36.
  6. Леман В.Н., Чебанова В.В. Новые сведения об экологии молоди западнокамчатской чавычи Oncorchynchus tschawytscha в речной и эстуарный периоды жизни // Вопр. ихтиол. 2005. Т. 45. № 3. С. 395-404.
  7. Леман В.Н., Чебанова В.В. Реакция литофильного зообентоса на изменение гранулометрического состава грунта в метаритрали малой предгорной реки (юго-запад Камчатки) // Экология. 2005. № 2. С. 120-125.

Статьи в научных трудах и сборниках:

  1. Чебанова В.В. Продукция ручейника Apatania zonella Zett. (Trichoptera) в кл. Карымайский на западном побережье Камчатки // Беспозвоночные животные в экосистемах лососевых рек Дальнего Востока. Владивосток: ДВО АН СССР. 1981. С. 67-72.
  2. Чебанова В.В., Николаева Е.Т. Бентос ключа Карымайского (Юго-Западная Камчатка) // Беспозвоночные животные в экосистемах лососевых рек Дальнего Востока. Владивосток: ДВО АН СССР. 1981. С. 38-43.
  3. Чебанова В.В. Продукция двух массовых видов хирономид Pseudodiamesa nivosa Goetgh. и Diamesa zernyi Edw. (Diptera, Chironomidae) в ключе Карымайском (Западная Камчатка) // Биология пресноводных животных Дальнего Востока. Владивосток: ДВО АН СССР. 1982. С. 108-114.
  4. Леман В.Н., Упрямов В.Е., Чебанова В.В. Экологические проблемы добычи россыпного и рудного золота в бассейнах лососевых нерестовых рек Камчатки // Проблемы охраны и рационального использования биоресурсов Камчатки. Ред. В.И. Карпенко Петропавловск-Камчатский: «Камчатский печатный двор» 2000. С. 49-60
  5. Чебанова В.В. Кормовая база молоди лососей в бассейнах рек Большая и Паратунка (Камчатка) // Тр. ВНИРО. 2002. Т. 141. С. 229-239.
  6. Чебанова В.В. О значении бентоса и дрифта донных беспозвоночных в питании молоди лососей. //Сб. науч. тр. КамчатНИРО. 2002. Вып. 6. С. 260-271.
  7. Леман В.Н., Чебанова В.В. Возможности повышения эффективности искусственного разведения кеты Oncorhynchus keta (Walbaum) и экология заводской молоди в бассейне реки Большая (Западная Камчатка) // Тр. ВНИРО. 2002. Т. 141. С. 215-228.
  8. Чебанова В.В., Улатов А.В., Леман В.Н., Голобокова В.Н. Видовой состав и структура макрозообентоса водотоков в районе Мутновского месторождения парагидротерм (вулкан Мутновский, юго-восточная Камчатка) //Чтения памяти Владимира Яковлевича Леванидова. Вып. 2. Владивосток: Дальнаука. 2003. С. 81-90.
  9. Чебанова В.В. Сообщества хирономид в горных водотоках Камчатки и Корякии // Новые данные по хирономидологии. ред. Н.А. Шобанов. Борок: ИБВВ РАН. 2003. С.42-50.
  10. Чебанова В.В. Состав и структура сообществ амфибиотических насекомых малых горных рек Камчатки и Корякии // Фауна, вопросы экологии, морфологии и эволюции амфибиотических насекомых России. Воронеж: ВГУ 2004. С. 233-243.
  11. Чебанова В.В. Сведения о видовом и экологическом разнообразии мошек (Diptera: Simuliidae) в реках Камчатки и Корякии // Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей. 2004. Вып. 5. Петропавловск- Камчатский: Камчатпресс. С. 104-107.
  12. Чебанова В.В., Улатов А.В., Леман В.Н. Сравнительная характеристика бентоса, дрифта и обилия молоди лососевых в водотоках различного типа, относящихся к бассейну р. Кихчик (Западная Камчатка) // Сб. науч. тр. КамчатНИРО. 2004. Вып. 7. С. 122-130.
  13. Леман В.Н., Лошкарева А.А., Чебанова В.В., Логачев А.Р. Состояние среды обитания лососевых рыб в условиях природной геохимической аномалии (бассейн р. Ича) // Сб. науч. тр. КамчатНИРО. 2004. Вып. 7. С.131-141.
  14. Леман В.Н., Есин Е.В., Чалов С.Р., Чебанова В.В. Продольное зонирование малой лососевой реки по характеру русловых процессов, макрозообентосу и ихтиофауне // Чтения памяти Владимира Яковлевича Леванидова. Вып. 3. Владивосток: Дальнаука. 2005. С. 18-35.
  15. Чалов С.Р., Чебанова В.В., Леман В.Н., Песков К.А. Техногенные изменения русла малой лососевой реки и их влияние на сообщество макрозообентоса и лососевых рыб (юго-восточные отроги Корякского нагорья) // Чтения памяти Владимира Яковлевича Леванидова. Вып. 3. Владивосток: Дальнаука. 2005. С. 36-48.
  16. Leman V.N., Chebanova V.V. New Data on Ecology of Juveniles of the Western Kamchatka King Salmon Oncorchynchus tschawytscha in the Riverine and Estuarine Life Periods // Journal of Ichthyology 2005. V. 45. № 4. P. 318-327.
  17. Leman V.N., Chebanova V.V. Response of Lithophilic Zoobenthos to Changes in the Granulometric Composition of Grounds in the Metarithral Zone of a Small River in the Foothills of Southwestern Kamchatca //Russian Journal of Ecology. 2005. V. 36. 2. P. 103-108.
  18. Чебанова В.В. Концепция биомониторинга антропогенного воздействия на лососевые реки Камчатки // «Доклады отчетной сессии ФГУП «ВНИРО» 19-21 марта 2008». М.: Изд. ВНИРО. 2008. С. 98-109.
  19. Чебанова В.В., Есин Е.В. Применение метода общей дискриминации для анализа связи структуры сообществ макрозообентоса с типами водотоков // Чтения памяти Владимира Яковлевича Леванидова. Вып. 4. Владивосток: Дальнаука. 2008. С. 16-24.

Материалы и тезисы докладов на научных конференциях:

  1. Чебанова В.В. Продукция массовых видов зообентоса в кл. Карымайском (Камчатка) и степень ее использования молодью лососей // Тез. докл. ХIV Тихоокеанского научного конгресса. Хабаровск. М. 1979. С 25-27.
  2. Чебанова В.В. Связь интенсивности дрифта и плотности популяций у некоторых массовых видов хирономид в ключе Карымайском (Камчатка) //Материалы IV съезда ВГБО: тез. докл. Т. 4. Киев: Наук. думка. 1981. С. 166-168.
  3. Чебанова В.В. Продукция массовых видов донных в нерестовых ключах Камчатки // Тез. докл. II региональной научно-практической конференции специалистов Дальнего Востока. Владивосток. 1983. С. 82-83.
  4. Чебанова В.В., Орлов А.В., Сафонов Н.В. Предварительные данные по питанию и пищевому поведению диких и заводских покатников семги в р. Лувеньга // Всесоюз. конф. «Питание морских рыб и использование кормовой базы как элементы промыслового прогнозирования». Мурманск. 1988. С. 23-25.
  5. Чебанова В.В., Леман В.Н. Влияние антропогенного заиления грунтов на бентосные сообщества лососевых рек (Камчатка) // «Систематика, биология и биотехника разведения лососевых рыб» Санкт-Питербург. 1994. С. 214-215.
  6. Leman V.N., Chebanova V.V. Ecology of juvenile Pacific salmon in the estuary of the Bolshaja River in the Western Kamchatka // The North Pacific Anadromous Fish Commission International Symposium: Recent Changes in Ocean Production of Pacific Salmon. November 1-2, 1999. Juneau, Alaska, USA. P. 37-38.
  7. Леман В.Н., Куренков С.И., Упрямов В.Е., Чебанова В.В. Антропогенные преобразования озерной и речной систем в результате строительства гидроэлектростанции на оз. Толмачева // Тезисы докладов II областной научно-практической конференции. Петропавловск-Камчатский. 2000. С. 139-141.
  8. Чебанова В.В. Влияние природных аномалий рН на бентосные сообщества лососевых рек, дренирующих Озерновское горнорудное месторождение // Тез. докл. VIII Съезда ГБО РАН. Т.1. Калининград. 2001. С. 315-316.
  9. Леман В.Н., Лошкарева А.А., Чебанова В.В. Изменение биоразнообразия гидробионтов в условиях природных геохимических аномалий на примере медно-кобальт-никелевого месторождения (Камчатка) //Науч. труды Международного биотехнологического центра МГУ. Ред. А.П. Садчиков М.: «Спорт и культура». 2004. С. 49.





© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.