Влияние экологических факторов на особенности распределения пиявок в среднем течении реки Иртыш
- Авторы: Федорова Л.И.1
-
Учреждения:
- Сургутский государственный университет
- Выпуск: Том 9, № 4 (2020)
- Страницы: 159-164
- Раздел: Общая биология
- URL: https://snv63.ru/2309-4370/article/view/59470
- DOI: https://doi.org/10.17816/snv202094124
- ID: 59470
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Река Иртыш является трансграничным водотоком, который демонстрирует широкий спектр климатических условий окружающей среды и экологических ниш. В результате техногенного воздействия промышленных предприятий на поверхностные и подземные воды все основные притоки среднего течения р. Иртыш находятся в различной степени загрязнения. Из-за воздействия сточных вод и других отходов горнорудной и металлургической промышленности в водах бассейна р. Иртыш наблюдается превышение концентрации ряда токсичных металлов. Среди беспозвоночных, применяемых для оценки состояния природных вод, зачастую используются представители типа Annelida. Кольчатые черви относятся к числу наиболее распространенных на Земле организмов, что позволяет проводить их изучение во многих регионах, а также дает возможность оценить специфику воздействия и сопоставлять влияние различных загрязнителей в схожих природно-климатических зонах. Известно, что распространение пресноводных пиявок во многом обусловливается природно-климатическими условиями, характеристикой ландшафта, спецификой трофических связей и т.д. К наиболее важным параметрам относятся физико-химические свойства воды. В данной статье приведены сведения о факторах, оказывающих влияние на видовой состав и структурные показатели сообществ пиявок, обитающих в среднем течении реки Иртыш.
Полный текст
Введение
В настоящее время управлению трансграничными водными объектами уделяется большое внимание как на региональном, так и на международном уровне [1]. Несмотря на принимаемые меры по регулированию состояния качества природных вод, дестабилизационные процессы в водных экосистемах имеют тенденцию к росту. При этом, изменение видового состава организмов, поддерживающих целостность и устойчивость водных экосистем, а также утрата биоразнообразия совпадают со многими антропогенными нарушениями, такими как закисление, эвтрофикация, цветение водорослей и прибрежная гипоксия [2; 3]. В связи с наблюдаемыми процессами отмечается постепенное смещение акцентов от оценки качества воды как ресурса в сторону оценки водной среды как местообитания организмов и изучения общего экологического состояния водных объектов [4].
Пресноводные пиявки в числе водных беспозвоночных выступают в трофических сетях в качестве хищников, паразитов, жертв, а также промежуточных хозяев и переносчиков паразитарных организмов [5–7]. Представители данного подкласса относятся к долгоживущим компонентам различных типов водоемов, при этом характеризуются постоянством видового состава и стабильной локализацией на определенных местах обитания. В последнее время особое внимание к изучению гирудинид проявляется в связи с их возможным применением в качестве индикаторов состояния поверхностных вод [8; 9]. Однако интерпретация сведений и разработка методологической основы для их применения в этих целях значительно усложняются в связи с недостатком опубликованных сведений об экологической валентности пресноводных пиявок в естественной среде обитания.
Большая часть Средней Азии, в частности водосборный бассейн р. Иртыш, остается недостаточно изученным в отношении пиявок регионом. Иртыш является трансграничным водным объектом, который берет свое начало на границе Монголии и Китая, протекая по территории Казахстана, а затем России, где впадает в р. Обь [10]. Общая его протяженность, включая Черный Иртыш, составляет 4248 км, при общей площади бассейна 1643 тыс. км². При этом верховья Иртыша (протяженностью 527 км) находятся в Китае, средняя его часть (1637 км) – пределах Казахстана, а низовье (2084 км) – в России [11]. Средний участок реки располагается на границе Западно-Сибирской равнины, Алтайских гор, Казахстанского мелкосопочника и охватывает территорию площадью 354,2 тыс. км² [12].
Немаловажной проблемой, оказывающей влияние на экосистему бассейна р. Иртыш, является антропогенное воздействие, усилившееся в результате развития и дальнейшего функционирования ряда отраслей, таких как цветная металлургия, машиностроение, химическая, лёгкая и пищевая промышленность. Основными источниками загрязняющих веществ и токсичных компонентов в водах рассматриваемого бассейна являются промышленные стоки и выбросы горных разработок, обнаженных поверхностей горных выработок, их отвалы, хвосто- и продуктохранилища, а также обогатительные фабрики [13].
Согласно литературным источникам [13; 14], по степени загрязнения поверхностных вод казахстанская часть бассейна р. Иртыш территориально подразделяется на 5 эколого-гидрохимических районов (рис. 1). Промышленные предприятия сосредоточены главным образом в городах Усть-Каменогорск, Лениногорск, Зыряновск, Серебрянск и Шемонаиха. В крупных населенных пунктах наблюдается загрязнение коммунально-бытовыми стоками, что связано с недостаточной мощностью очистных сооружений [13]. Исходя из вышеизложенного, встает вопрос об организации гидробиологического мониторинга на различных участках бассейна р. Иртыш.
Целью данной работы является изучение экологических факторов, влияющих на видовой состав пиявок в среднем течении р. Иртыш, и выявление степени их влияния на структурные показатели сообществ пиявок.
Материалы и методы
Биологический материал был собран во время экспедиционных работ 2014–2015 гг. в прибрежной части водоемов и водотоков, входящих в различные районы загрязнения (табл. 1). Все районы сбора проб, исходя из их гидрологических особенностей, были подразделены на следующие типы: текучие воды – основное русло р. Иртыш и его притоки – горные реки; равнинные реки, протоки; стоячие воды – озера, временно стоячие водоемы: старицы и водохранилища.
Таблица 1 – Места отбора и координаты проб
№ | Название водоема | Географические координаты | Уровень загрязнения |
1 | р. Иртыш | 50°25′26″ с.ш., 80°12′34″ в.д. | умеренный |
2 | р. Иртыш | 49°56′19″ с.ш., 82°37′29″ в.д. | высокий и очень высокий |
3 | р. Иртыш | 52°18′33″ с.ш., 76°53′00″ в.д. | умеренный |
4 | р. Иртыш | 52°19′17″ с.ш., 76°56′06″ в.д. | умеренный |
5 | р. Иртыш | 52°16′52″ с.ш., 76°56′06″ в.д. | умеренный |
6 | р. Иртыш | 50°43′39″ с.ш., 80°20′26″ в.д. | умеренный |
7 | Семипалатинская протока | 50°24′06″ с.ш., 80°14′36″ в.д. | умеренный |
8 | р. Ульба | 49°57′36″ с.ш., 82°37′38″ в.д. | высокий и очень высокий |
9 | р. Уланка | 49°58′13″ с.ш., 82°26′10″ в.д. | высокий и очень высокий |
10 | р. Дресвянка | 50°02′28″ с.ш., 82°20′23″ в.д. | высокий и очень высокий |
11 | р. Песчанка | 50°10′08″ с.ш., 82°03′07″ в.д. | высокий и очень высокий |
12 | р. Кызылсу | 50°06′14″ с.ш., 81°32′56″ в.д. | высокий и очень высокий |
13 | р. Карасу | 50°01′48″ с.ш., 81°19′35″ в.д. | высокий и очень высокий |
14 | р. Шар | 50°21′40″ с.ш., 80°53′07″ в.д. | повышенный |
15 | Шульбинское вдхр. | 50°22′53″ с.ш., 81°06′13″ в.д. | повышенный |
16 | Шульбинское вдхр. | 50°23′36″ с.ш., 81°05′36″ в.д. | повышенный |
17 | Бухтарминское вдхр. | 49°36′58″ с.ш., 83°31′33″ в.д. | повышенный |
18 | Бухтарминское вдхр. | 49°37′01″ с.ш., 83°34′18″ в.д. | повышенный |
19 | Бухтарминское вдхр. | 49°37′39″ с.ш., 83°27′21″ в.д. | повышенный |
20 | оз. Малое | 50°43′45″ с.ш., 79°40′15″ в.д. | умеренный |
21 | оз. Большое | 50°43′16″ с.ш., 79°40′49″ в.д. | умеренный |
22 | оз. Безымянное | 50°52′37″ с.ш., 79°30′40″ в.д. | умеренный |
23 | оз. Колхозное | 50°23′37″ с.ш., 80°28′24″ в.д. | повышенный |
В местах сбора биологических проб с помощью многопараметрического тестера PCSTestr 35 Series (Oakton, Eutechinstruments) были определены следующие показатели воды: общий уровень минерализации, pH, температура, содержание солей и электропроводность. Степень загрязнения поверхностных вод в изучаемых водных объектах указана на основании гидрохимического индекса загрязнения воды (ИЗВ) (рис. 1).
Рисунок 1 – Эколого-гидрохимические районы среднего течения р. Иртыш по степени загрязнения поверхностных вод
Отлов пиявок проводился вручную или с помощью гидробиологических сачков в диапазоне глубин 0–1,5 м. Для количественного учета особей применялась гидробиологическая рамка с площадью захвата 1 м². Собранный материал фиксировался 80%-ным этанолом с предварительной анестезией животных низкопроцентным раствором спирта. Видовое определение и камеральная обработка проводились в лабораторных условиях с использованием бинокулярного микроскопа МСП-2 (ЛОМО).
Видовая принадлежность пиявок определялась в соответствии с существующими систематическими ключами и современной классификацией [15; 16]. Все биологические образцы были промаркированы и определены на хранение в коллекцию лаборатории аналитической и биоорганической химии Лимнологического института СО РАН (г. Иркутск, Россия).
В целях поиска взаимосвязи между таксономическим составом фауны пиявок и физико-химическими показателями среды обитания был проведен анализ методами многомерный статистики. Для статистических расчетов и визуализации результатов исследования использовались возможности языка программирования R с применением программного пакета «Vegan» [17; 18]. Взаимосвязь между характеристиками разнообразия сообществ пиявок (количество видов, общая численность, биомасса, количество макрофаговых и паразитических пиявок) и количественными абиотическими факторами среды оценивалась с помощью рангового коэффициента корреляции Спирмена [19].
Перед проведением статистического анализа массив данных и количественные абиотические параметры среды был нормализован с ранжированием диапазона значений от 0 до 1 для каждого фактора. Количественные данные видового обилия были проанализированы методом многомерной ординации (неметрическое многомерное масштабирование – далее MDS) с использованием меры различия «gower». Степень влияния числовых абиотических переменных на формирование видового разнообразия и численность пиявок была оценена при помощи коэффициента детерминации R² и перестановочных тестов. R² был рассчитан для линейной регрессии, описывающей взаимосвязь между независимыми переменными: координатами точек сбора в двумерном пространстве MDS и зависимой переменной – показателя степени загрязнения. Для определения взаимосвязи между показателями видового разнообразия сообществ с качественными абиотическими факторами R² был рассчитан посредством одностороннего дисперсионного анализа. Тепловая карта корреляционных взаимосвязей сгенерирована с помощью программного пакета «gplo» [20].
Результаты и их обсуждение
Несмотря на распространенное мнение, что большинство представителей подкласса Hirudinea являются эврибионтными организмами, такую точку зрения нельзя признать абсолютно верной. Лишь немногие виды гирудинид можно отнести к эврибионтам, большинство же видов, как правило, обитают в водах со свойственными их жизнедеятельности благоприятными условиями, что так или иначе отражается на частоте их встречаемости, плотности, биомассе и других популяционных показателях.
Для определения специфики влияния внешних факторов на фауну пиявок и установления характера их взаимосвязи в среднем течении р. Иртыш было учтено пять структурных показателей сообществ пиявок, которые были определены для каждой пробы: общее количество видов, численность, биомасса, индекс плотности населения, количество непаразитических и паразитических пиявок. Наряду с этим для каждой точки отбора проб были определены следующие параметры среды: тип водной среды, уровень загрязнения, температура воды на момент отбора пробы, pH, общий уровень минерализации, содержание солей и электропроводность.
Предварительный анализ полученных данных показал, что на участках бассейна реки Иртыш, подвергающихся наиболее сильному антропогенному воздействию, наблюдается обеднение видового состава, снижение численности и показателя биомассы по сравнению с таковыми на относительно чистых участках водного бассейна. Количество видов в экосистемах с высоким уровнем загрязнения варьирует от 0 до 3 видов, в водоемах и водотоках с повышенным уровнем загрязнения этот показатель находится в пределах от 2 до 6 видов. Наиболее высоких показателей видовое разнообразие достигает в водах с умеренным уровнем загрязнения – от 1 до 8 видов. С повышением уровня загрязнения происходит перераспределение доминирующих видов пиявок и снижение количества видов и численности пиявок. В водных экосистемах с высоким уровнем загрязнения воды встречаются одиночные особи, вероятно наиболее устойчивые к воздействию различных загрязняющих веществ. К ним можно отнести представителей родов Erpobdella и Helobdella.
Для оценки степени влияния абиотических факторов на формирование видового разнообразия и численность пиявок был определен коэффициент детерминации (R²). Полученные показатели приняли значение от 0 до 1. При этом, чем ближе значение R² к числу 1 – тем более выражено влияние фактора окружающей среды на структурные показатели фауны пиявок (табл. 2).
Таблица 2 – Результаты анализа влияния факторов на видовой состав сообществ пиявок
Наименования фактора | Коэффициент детерминации (R²) | Уровень значимости (P-value) |
Температура воды | 0,126 | 0,244 |
pH | 0,076 | 0,439 |
Электропроводность | 0,048 | 0,593 |
Минерализация | 0,049 | 0,589 |
Соленость | 0,049 | 0,591 |
Уровень загрязнения | 0,255 | 0,050 |
Тип водной среды | 0,600 | 0,001 |
Статистическая достоверность значения коэффициента детерминации была оценена при помощи перестановочного теста, показатель которого обуславливает долю вариабельности видового состава, определяемую различными факторами среды. Вместе с тем, воздействие определенного фактора на структурные показатели считается достоверными при значении уровня значимости меньше 0,05.
Из рассматриваемых факторов среды вышеназванным критериям соответствуют только два: уровень загрязнения и тип водной среды. Значение коэффициента детерминации для фактора загрязнения (R² = 0,255) было приблизительно в 2,35 раза меньше, чем для типа водоема (R² = 0,6). При этом наибольшее влияние он оказывал на общее количество видов и количество паразитических пиявок и в меньшей степени на обилие особей. Остальные рассматриваемые факторы (температура в момент отбора проб, pH, электропроводность, минерализация, соленость) не оказали достоверного влияния на видовое разнообразие и количественное соотношение видов в сообществах.
Для определения специфики влияния внешних факторов на гирудофауну и для определения характера их взаимосвязи был проведен корреляционный анализ, результаты которого отображены в виде тепловой карты, где столбцы и строки были сгруппированы по сходству значений полученных коэффициентов корреляции (рис. 2).
Рисунок 2 – Тепловая карта корреляционных взаимосвязей между различными количественными показателями, характеризующими биоразнообразие в сообществе пиявок и количественными абиотическими факторами окружающей среды
Результаты обработанного массива данных дали основание полагать, что на структурные показатели сообществ пиявок в среднем течении р. Иртыш наибольшее влияние оказывают тип водоема и уровень загрязнения. Обуславливается это тем, что значение коэффициента линейной корреляции между уровнем загрязнения и всеми показателями разнообразия (общее количество видов, общая численность, биомасса, количество макрофаговых и паразитических пиявок) соответствовало показателю −0,7. Из чего можно заключить, что увеличение уровня загрязнения приводит к уменьшению оцениваемых структурных показателей.
Увеличение других показателей – соленость, электропроводность, минерализация – отрицательно сказывались на всех показателях гирудофауны (значение коэффициента корреляции варьировало от −0,55 до −0,39). Косвенное отрицательное влияние увеличения солености, электропроводности и минерализации может объясняться тем, что эти показатели, как правило, возрастают при увеличении уровня загрязнения. Влияние показателя кислотности pH на разнообразие отсутствовало (значение коэффициента корреляции близко к 0). При увеличении температуры все показатели разнообразия в небольшой степени увеличивались (значение коэффициента корреляции варьировало от 0,22 до 0,37). Данный показатель оказывал незначительное влияние на увеличение показателей биомассы (r = 0,37) и количества макрофаговых пиявок (r = 0,36).
Выводы
В результате проведенного статистического анализа было рассмотрено действие абиотических факторов среды на состав и распределение пиявок. Полученные результаты позволили установить закономерность их распределения в различных типах водных сред и определить достоверное влияние степени загрязнения на структурные показатели сообществ гирудинид.
Исходя из полученных данных, можно заключить, что увеличение уровня загрязнения в водных объектах бассейна р. Иртыш приводит к обеднению видового состава, снижению численности и биомассы пиявок в рассматриваемых водных экосистемах. Таким образом, оценка видового богатства гирудофауны может быть успешно использована в качестве косвенного индикатора уровня загрязнения водных объектов.
Об авторах
Людмила Ивановна Федорова
Сургутский государственный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: ludiko@list.ru
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник научно-образовательного центра Института естественных и технических наук
Россия, СургутСписок литературы
- Бейсембаева М.А., Дубровская Л.И., Земцов В.А. Антропогенные изменения водных ресурсов и максимальных уровней реки Иртыш в равнинной части бассейна в Республике Казахстан // Известия Томского университета. Инжиниринг георесурсов. 2018. Т. 329, № 3. С. 6–15.
- Abubakr A., Gojar A.A., Balkhi M.H., Malik R. Macro-invertebrates (Annelida; Oligochaeta) as bio-Indicator of water quality under temperate climatic conditions // International Journal of Pure & Applied Bioscience. 2018. Vol. 6, iss. 1. P. 726–737.
- Захаров А.Б., Лоскутова О.А., Фефилова Е.Б., Хохлова Л.Г., Шубин Ю.П. Сообщества гидробионтов нефтезагрязненных акваторий бассейна реки Печора. Сыктывкар: Коми НЦ УрО РАН, 2011. 268 с.
- Баянов Н.Г. ООПТ и совершенствование мониторинга водных экосистем в России // Астраханский вестник экологического образования. 2013. № 4 (26). С. 82–88.
- Демшин Н.И. Олигохеты и пиявки как промежуточные хозяева гельминтов. Новосибирск: Изд-во: «Наука», 1975. 190 с.
- Faisal M. High prevalence of buccal ulcerations in largemouth bass, Micropterus salmoides (Centrarchidae) from Michigan inland lakes associated with Myzobdella lugubrisLeidy 1851 (Annelida: Hirudinea) // Parasite. 2011. Vol. 18, № 1. P. 79–84.
- Trivalairat P., Chiangkul K., Purivirojkul W. Placobdelloides sirikanchanae sp. nov., a new species of glossiphoniid leech and a parasite of turtles from lower southern Thailand (Hirudinea, Rhynchobdellida) // ZooKeys. 2019. Vol. 882. P. 1–24.
- Koperski P. Taxonomic, phylogenetic and functional diversity of leeches (Hirudinea) and their suitability in biological assessment of environmental quality // Knowledge and Management of Aquatic Ecosystems. 2017. Vol. 418. P. 49.
- Cortelezzi A., Gullo B.S., Simoy M.V., Cepeda R.E., Marinelli C.B., Capitulo A.R., Berkunsky Assessing the sensitivity of leeches as indicators of water quality // Science of the Total Environment. 2018. Vol. 624. P. 1244–1249.
- Куликов Е.В. Возможные последствия для рыбного хозяйства на Иртыше увеличения забора воды в КНР // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. 2007. Вып. 4 (38). С. 55–58.
- Сарсембенова О.Ж. Уровень загрязнения поверхностных вод в районах влияния городов и промышленных центров // Научный альманах. 2015. № 9 (11). С. 809–812.
- Плащев А.В., Чекмараев В.А. Гидрография СССР. Л.: Гидрометиздат. 1967. 287 с.
- Бурлибаев М.Ж. и др. Динамика режима гидрохимических токсикологических параметров в трансграничной реке Иртыш и характер их трансформации // Водное хозяйство Казахстана. 2012. № 12 (50). С. 9–20.
- Бурлибаев М.Ж. и др. Проблемы загрязнения основных трансграничных рек Казахстана. Алматы: Изд-во «Каганат», 2014. Т. 1. 744 с.
- Лукин Е.И. Пиявки пресных и солоноватых водоемов (фауна пиявок СССР). Л.: Наука, 1976. 284 с.
- Nesemann H. Clitellata, Branchiobdellada, Acanthobdellada, Hirudinea // Susswasserfauna von Mitteleuropa. Heidelberg / eds.: J. Schwoebel, P. Zwig. Berlin: Spectrum Akademischer Verlag, 1999. Vol. 6 (2). 178 p.
- Oksanen J., Kindt R., Legendre P. et al. The vegan package // Community Ecology Package. 2007. Vol. 10. P. 631–637.
- Oksanen J. Multivariate analysis of ecological communities in R: vegan tutorial // R Package Version. 2011. Vol. 1 (7). P. 11–12.
- Hollander M., Wolfe D.A. Nonparametric statistical methods. New York: John Wiley & Sons, 1973. 528 p.
- Warnes et al. Gplots: Various R Programming tools for plotting data. R package version 2.17.0 [Internet] // http://CRAN.R-project.org/package=gplots.
Дополнительные файлы
![](/img/style/loading.gif)