КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 22-27-20134

НазваниеМакрозообентос как индикатор экологического состояния предгорных озер Русского Алтая в условиях антропогенных воздействий и изменения климата

РуководительБезматерных Дмитрий Михайлович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук, Алтайский край

Период выполнения при поддержке РНФ 2022 г. - 2023 г. 

Конкурс№65 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс).

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-710 - Гидробиология

Ключевые словабиоразнообразие, экология бентоса, антропогенное воздействие, изменения климата, предгорные озера, макрозообентос, биоиндикация

Код ГРНТИ87.19.00


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Экосистемы горных и предгорных водоемов наиболее чувствительны к антропогенному воздействию и изменениям климата, что обусловлено, в том числе, преобладанием в их населении высокочувствительных к загрязнению гидробионтов. Основным фактором загрязнения природной среды предгорных водоемов, традиционно используемых в туристических целях, является высокая рекреационная нагрузка. Озера и их побережья являются ключевыми объектами рекреации, формирующими так называемые озерные рекреационные территории, служат той контактной зоной, где концентрируются различные виды хозяйственной, в том числе массовой рекреационной деятельности, создавая многочисленные локальные экологически конфликтные ситуации. Своевременное их разрешение возможно на основе комплексной экологической оценки, определения оптимальной рекреационной нагрузки на озера и прилегающую территорию, разработки предложений по минимизации негативного антропогенного воздействия. В соответствии со стратегией развития Сибирского федерального округа России туристско-рекреационная отрасль на юге Сибири становится одним из приоритетных направлений хозяйственной деятельности. На юге Западной Сибири проблемы рационального использования и охраны береговых зон естественных и искусственных водоемов, расположенных здесь и используемых в «индустрии отдыха», становятся все более актуальными. К концу прошлого века стало известно, что горные районы Европы получают загрязнители воздуха, поступающие из промышленно развитых районов низменностей. Загрязнение воздуха, а также климатические изменения представляют угрозу для горных экосистем, так как многие организмы этих районов живут на пределе своей толерантности к химическим и физическим факторам среды. Предполагается, что изменения климата окажут наибольшее влияние на горные регионы. Зная основные тенденции и механизмы трансформации природных систем под воздействием изменения климата можно с большей эффективностью предотвращать связанные с ними негативными проявления или с меньшими потерями адаптироваться к ним. Для решения проблем антропогенного воздействия и изменений климата на биоту естественных и искусственных водоемов необходимо проведение комплексных экологических исследований. Наиболее удобный и показательный метод оценки экологического состояния загрязнения водоемов является биоиндикация по составу и структурным показателям зообентоса. Преимущество этого метода заключается в его большей надежности и объективности. Состояние биоты определяется совокупным действием среды и четко реагирует на негативное воздействие любого происхождения, независимо от их учета и степени изученности. Бентосные организмы удовлетворяют многим требованиям, предъявляемым к биоиндикаторам, в том числе: повсеместная встречаемость, достаточно высокая численность, относительно крупные размеры, удобство сбора и обработки, сочетание приуроченности к биотопу с определенной подвижностью, достаточно продолжительный срок жизни, чтобы аккумулировать загрязняющие вещества за длительный период. В условиях, меняющихся климатического и антропогенного воздействия особенно актуально изучение состава и структуры сообществ макробеспозвоночных предгорных водоемов.

Ожидаемые результаты
Бентофауна предгорных озер Алтая слабо изучена, только в некоторых водоемах исследована кормовая база рыб, инвентаризация биоразнообразия макрозообентоса и оценка относительной роли природных и антропогенных факторов, влияющих на состав и структуру донных сообществ являются актуальными задачами для фундаментальной и прикладной гидробиологии. В результате реализации проекта будут получены следующие научные результаты: • Выявлен таксономический и зоогеографический состав, трофическая структура, численность, биомасса и продукция зообентоса предгорных озер Русского Алтая. • Определены основные параметры экосистемы: температура, прозрачность, тип донных отложений, химический состав воды, зарастаемость макрофитами, хлорофилл А (с использованием многопараметрического зонда) • Исследовано воздействие изменения климата на параметры донных беспозвоночных (доминирование, численность, биомасса, трофическая структура и т.д.) ранее изученных предгорных озер (Ая, Белое, Колыванское, Киреево). • Оценено эколого-рекреационное состояние прилегающей к озерам территории методом бальной оценки, определены стадии рекреационной дигрессии ландшафтов. • Оценено экологическое состояние предгорных озер Русского Алтая, проведена адаптация (модификация) биоиндикационных индексов, отражающих специфику горных территорий и региональные особенности Алтая. • Разработаны рекомендации по использованию различных биоиндикационных индексов в оценке экологического состояния предгорных озер Русского Алтая, а также по охране и рациональному использованию изученных озер.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В 2022 г. исследовано современное состояние макрозообентоса предгорных озер Русского Алтая и основных экологические факторов его формирования. Полевые исследования выполнены трижды с мая по сентябрь. Помимо заявленных озер (Ая, Белое, Киреево), дополнительно обследованы еще 3 озера (Кокша, Колыванское, Светлое). Проведены исследования морфометрических (относительный уровень воды и глубины – 364 промера) и физических (температура, прозрачность, электропроводность, Еh воды) характеристик озер. Отобрано и проанализировано 56 проб воды на гидрохимические показатели (минерализация, ионный состав, органическое вещество, биогенные элементы) и хлорофилла, 20 проб донных отложений на физико-химические свойства, 184 пробы макрозообентоса (из них 160 количественных). Отобрано 27 проб донных беспозвоночных на ДНК-баркодинг. Задокументировано (более 100 фотографий) современное состояние прибрежной территории изученных озер, проведен анализ основных видов землепользования на прилегающей территории. Составлена база данных, полученных при изучении озер. Согласно ГОСТ 17.1.1.02-77 все изученные озера по площади водного зеркала относятся к категории малых – менее 10 км2, от 86 тыс. м2 у оз. Ая до 4,7 млн м2 у оз. Колыванское, а по максимальной глубине – к средним (Ая – 21,34 м), малым (Белое – 6,87 м и Киреево – 5,22 м) и очень малым (остальные: 1,38–2,76 м). По объему воды все они относятся к категории малых – менее, 0,5 км3, от 0,2 млн м3 (Кокши) до 13 млн м3 (Белое). Естественные колебания уровня воды в озерах небольшие – от 2,5 (Кокша) до 18,5 см (Белое), в искусственно зарегулированном оз. Киреево – до 54 см. По уровню минерализации данных озер являются ультрапресными – >0,2 г/дм3. В соответствии с предложенной О.А. Алекиным (1970) классификацией природных вод по химическому составу все изученные озера относятся к классу гидрокарбонатных, кальциевой группы. Вода озер Северного и Северо-Восточного Алтая (Ая, Киреево, Кокша, Светлое) по величине водородного потенциала была нейтральной-слабощелочной, а озер Северо-Западного Алтая (Белое и Колыванское) – слабощелочной-щелочной. Для всех изученных озер было характерно преобладание илистых грунтов. В озерах Ая, Кокша и Светлое преобладали черные илы, в Колыванском – темно-серые, а в Белом и Киреево – серые илы. В оз. Светлом выявлены участки дна, покрытые полуразложившимся комбикормом, которым служащие заказника обильно подкармливают зимующих на нем лебедей. В центральной части оз. Ая отмечены жидкие черные илы с запахом сероводорода. Содержание хлорофилла А в воде соответствовало олиготрофным (Ая, Белое, Кокша и Светлое), мезотрофным (Колыванское) и эвтрофным (Киреево) водоемам. Выявлены основные виды воздействия на озера: рекреационное, сельскохозяйственное и селитебное. Высокой степенью антропогенной преобразованности отличается водосбор оз. Ая (рекреационное воздействие), меньше степень воздействия на оз. Киреево (рекреационная нагрузка). Средняя степень антропогенного воздействия характерна для озер Белое (рекреационная и селитебная нагрузка), Колыванское и Светлое (рекреационная нагрузка), низкая – оз. Кокша (сельскохозяйственное воздействие). В макрозообентосе исследованных озер в 2022 г. выявлено 152 вида из 9 классов беспозвоночных: Turbellaria (1), Nematoda (1), Oligochaeta (17), Hirudinea (5), Bivalvia (2), Gastropoda (8), Euchelicerata (10), Crustacea (2) и Insecta (106). Среди насекомых наибольшим видовым разнообразием отличались двукрылые (69 видов, из которых 59 – хирономиды), также из насекомых встречались стрекозы, поденки, ручейники, клопы, большекрылки и жуки. Зоогеографический анализ фауны выявил, что видовой состав макрозообентоса исследованных озер состоит из широко распространенных в Голарктике и Палеарктике видов. С учетом преобладающего типа питания в исследованных озерах выделено шесть основных трофических групп донных макробеспозвоночных: 1) собиратели-детритофаги, факультативные фильтраторы; 2) собиратели-облигатные фильтраторы; 3) соскребатели; 4) размельчители; 5) хищники; 6) всеядные. Для таксономической структуры исследованных в 2022 г. озер характерно доминирование хирономид и олигохет. Зообентос в прибрежье качественно и количественно был богаче, чем в глубоководной части. В глубоководных частях озер организмы зообентоса были представлены личинками из отряда двукрылых и олигохетами, в зоне прибрежья большинства озер формировались более сложно устроенные сообщества бентоса с элементами фитофильной фауны. В сезонной динамике обилия донных беспозвоночных исследованных озер наблюдались существенные различия, что может быть связано с изменчивостью биотических (сезонность жизненных циклов гидробионтов, изменчивость степени зарастания водоемов высшими растениями и уровня развития водорослевых обрастаний) и абиотических факторов (температура, особенности гидрологического режима). Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет: Экспедиция на предгорные озера Алтая // Сайт ИВЭП СО РАН – http://iwep.ru/institute/news/1579/; Macrozoobenthos as an indicator of ecological state of foothill lakes in the Russian Altai under conditions of anthropogenic impact and climate change // Researchgate – https://www.researchgate.net/project/Macrozoobenthos-as-an-indicator-of-ecological-state-of-foothill-lakes-in-the-Russian-Altai-under-conditions-of-anthropogenic-impact-and-climate-change.

 

Публикации

1. Вдовина О.Н., Безматерных Д.М. Макрозообентос как индикатор экологического состояния предгорных озер Русского Алтая в условиях антропогенных воздействий и изменения климата Водные и экологические проблемы Сибири и Центральной Азии. Матер. IV Всерос. науч. конф. с междунар. участ.: в 3 т., Барнаул, 2022. – Т. 2. – С. 205–209. (год публикации - 2022)

2. Вдовина О.Н., Безматерных Д.М., Крылова Е.Н. Restoration of macrozoobenthos after dredging on Lake Manzherokskoe (Republic of Altai, Russia) Ecosystem Transformation, Vol. 5 (No 2). P. 26–34. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.23859/estr-220323

3. Вдовина О.Н., Безматерных Д.М., Крылова Е.Н. Состав и структура сообществ донных беспозвоночных предгорных озер Светлое и Кокша (Алтайский край) Известия Алтайского отделения Русского географического общества, - (год публикации - 2022)

4. - Экспедиция на предгорные озера Алтая Сайт ИВЭП СО РАН, - (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В зообентосе предгорных озер Русского Алтая выявлено 156 видов из 9 классов беспозвоночных. Для таксономической структуры сообществ макробеспозвоночных исследованных озер характерно доминирование хирономид и олигохет, из хирономид чаще отмечены подсемейства Chironominae (91%) и Tanypodinae (66%), из олигохет преобладали Tubificidae (68%). Максимальное видовое разнообразие зообентоса отмечено в озерах Белое (81 вид) и Кокша (76 видов), меньшее количество видов выявлено в озерах Ая (41 вид) и Киреево (52 вида). Озера Ая, Белое, Киреево и Колыванское по таксономическому составу донных беспозвоночных были ближе к равнинным водоемам. Для озер Кокша и Светлое характерны признаки как равнинных, так и горных озер. Расчет попарных мер включения видового состава макробеспозвоночных исследованных озер показал невысокую степень сходства. Наиболее близки по видовому составу донных беспозвоночных озера Белое – Киреево – Колыванское, а также Кокша – Светлое. Наиболее оригинальным оказался таксономический состав самого глубокого оз. Ая. Невысокие значения численности и биомассы зообентоса характерны для озер Ая и Киреево, в основном они соответствовали олиготрофным водоемам. Озера Белое и Колыванское по показателям макрозообентоса соответствовали мезотрофным водоемам, в озерах Кокша и Светлое уровень развития макрозообентоса соответствовал эвтрофным водоемам. Результаты расчета продукции зообентоса показали, что набольшая продукция зообентоса была в оз. Светлое, несколько меньше в оз. Кокша, а наименьшая – в оз. Ая, несколько больше в оз. Киреево, что в основном объясняется разницей в биомассе бентоса в этих водоемах. При этом, набольший P/B-коэффициент зообентоса был в оз. Белое, немного меньше – в оз. Ая, а наименьший – в оз. Кокша, несколько больше в оз. Светлое, что в основном объясняется значительной разницей в температурном режиме этих озер. Однако, следует учитывать, что для расчета продукции использовались температурные поправки, рассчитанные на основе температур воды, измеренных в поверхностных слоях озер, что могло существенно завысить значения продукции в наиболее глубоких озерах, прежде всего в озерах Ая и Белое. Проанализирована связь 12 основных показателей структуры зообентоса (общее число видов, количество видов в пробе, численность и биомасса в целом, а также численность и биомасса основных групп: олигохет, моллюсков, хирономид и всех прочих таксонов) с 30 гидрофизическими и гидрохимическими показателями . Корреляционный анализ выявили достоверные (p<0,05) положительные корреляции концентрации нитратов с рядом показателей структуры зообентоса: количество видов зообентоса в пробе, общая численность и биомасса, численность и биомасса хирономид, численность и биомасса олигохет. Высокие положительные достоверные значения коэффициента корреляции отмечены между несколькими характеристиками зообентоса (общая численность, численностью и биомассой хирономид, численность и биомасса олигохет) и перманганатной окисляемостью. Индекс видового разнообразия макробеспозвоночных положительно коррелировал с содержанием в воде сульфатов. Кроме того, выявлено отрицательное влияние доли илистых фракций грунта (0,01–0,005 мм) на следующие показатели зообентоса: индекс видового разнообразия, количество видов зообентоса в пробе, общая биомасса, биомасса хирономид, численность и биомасса моллюсков. Влияние описанных химических показателей на организмы зообентоса также подтверждает статистический анализ методом главных компонент. В результате классификации гидрохимических показателей были выделены 2 главные компоненты (ГК) факторов, охватывающие 70,5% общей дисперсии. Основную долю ГК1 составили гидрохимические показатели, определяющие соленость воды, а также содержание органических веществ и биогенных элементов, которые тесно связаны между собой. Между этой группой факторов и показателями макрозообентоса не наблюдалось четкой зависимости. В ГК2 вошли основные ионы, которые возможно связаны с химическим составом подстилающих горных пород. Все они имели высокие факторные нагрузки и показывали статистически значимую (p<0,05) корреляционную связь с количеством видов зообентоса в пробе (0,82), общей численностью (0,88) и биомассой (0,82) макрозообентоса, численностью хирономид (0,94), численностью (0,88) и биомассой (0,82) олигохет. Таким, образом, наибольшее влияние на развитие сообществ макробеспозвоночных в исследованных озерах оказывали факторы, определяющие содержание органических веществ и продуктов их разложения в воде, а также характер грунта. Уровень видового разнообразия и обилия макробеспозвоночных, значения большинства биоиндикационных индексов свидетельствуют о неблагоприятных условиях для развития зообентоса в озерах с наибольшей рекреационной нагрузкой – Ая и Киреево, и благоприятных условиях в озерах, в наименьшей степени подверженных воздействию туристов – Кокша и Светлое. Согласно большинству биоиндикационных индексов вода озер Белое и Колыванское характеризовалась как «очень чистая» и «чистая» по шкале Росгидромета. Несмотря на оказываемое антропогенное воздействие, в этих озерах значимых последствий антропогенного воздействия пока не выявлено, поскольку они отличаются значительно большими размерами и, соответственно, более лучшими условиями самоочищения за счет разбавляющей способности. На основе Фламандского мультиметрического индекса (MMIF) разработан модификационный биотический индекс, отражающий специфику горных территорий и региональные особенности предгорий Алтая. Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет: http://iwep.ru/scientific-work/grants-of-scientific-foundations/1572/; https://vk.com/wall-220521812_29

 

Публикации

1. Безматерных Д.М., Вдовина О.Н. Composition, structure and formation factors of macroinvertebrate communities in low-mountain lakes of the Russian Altai Acta Biologica Sibirica, 9: 433–449 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.5281/zenodo.8219817

2. Безматерных Д.М., Вдовина О.Н., Свиридов Р.К., Лассый М.В. Современное состояние экосистем предгорных озер Северного и Северо-Восточного Алтая в условия рекреационного воздействия Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы. Ярославль: Филигрань, сб. матер. VIII Всерос. конф. по водной экотоксикологии, посвящ. 85-летию со дня рождения Б.А. Флёрова (Борок, 17–20 октября 2023 г.). С. 126–129. (год публикации - 2023)

3. Вдовина О.Н., Безматерных Д.М., Лассый М.В. Макрозообентос как индикатор экологического состояния предгорных озер Северо-Западного Алтая в условия рекреационного воздействия Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы. Ярославль: Филигрань, сб. матер. VIII Всерос. конф. по водной экотоксикологии, посвящ. 85-летию со дня рождения Б.А. Флёрова (Борок, 17–20 октября 2023 г.). С. 126–129. (год публикации - 2023)

4. Вдовина О.Н., Безматерных Д.М., Лассый М.В. Макрозообентос предгорных озер Северного и Северо-Восточного Алтая ЧТЕНИЯ ПАМЯТИ ВЛАДИМИРА ЯКОВЛЕВИЧА ЛЕВАНИДОВА, Вып. 10. С. 33–40. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.25221/levanidov.10.04

5. Вдовина О.Н., Безматерных Д.М., Свиридов Р.К., Лассый М.В. Macrozoobenthos of Lakes Beloe and Kolyvanskoe (Northwestern Altai) and the main ecological factors of its formation E3S Web Conf., 420, 07006 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1051/e3sconf/202342007006

6. Вдовина О.Н., Яныгина Л.В., Безматерных Д.М. Composition and structure of lake macroinvertebrate communities in different altitudinal zones of Russian Altai Acta Biologica Sibirica, 8: 531–555 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.5281/zenodo.7714666

7. - Грант РНФ № 22-27-20134 «Макрозообентос как индикатор экологического состояния предгорных озер Русского Алтая в условиях антропогенных воздействий и изменения климата» Официальный сайт ИВЭП СО РАН, - (год публикации - )

8. - Подведены основные итоги выполнения гранта Российского научного фонда № 22-27-20134 Институт водных и экологических проблем СО РАН - официальная страница в VC, - (год публикации - )


Возможность практического использования результатов
Результаты проекта в области биоиндикации экологического состояния озер могут быть использованы Росгидрометом для организации экологического мониторинга предгорных озер Алтая.