Применение популяционного подхода для определения состояния водных экосистем

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

В течение длительного времени особое внимание в гидроэкологических исследованиях уделялось изучению вещественно-энергетических особенностей функционирования водных экосистем. В рамках продукционно-балансового подхода были получены оригинальные данные о характере процессов трансформации вещества и энергии в пищевых цепях экосистем озер и водохранилищ [2]. Однако этого оказалось явно недостаточно для объяснения особенностей функционирования тех или иных экосистем, сохранения видового разнообразия как основы их устойчивости при возрастающем антропогенном воздействии, особенно в трансформированных водоемах, например, таких как Днепр и его водохранилища, Сасыкское водохранилище, Придунайские водоемы, водоемы Килийской дельты Дуная и ряда других.

При всем большом и даже ведущем значении энергетический принцип изучения водных экосистем имеет свои ограничения. Чем детальнее вырисовывается картина превращений энергии и вещества в определенных водоемах, тем настоятельнее возникает потребность понять механизмы, благодаря которым сформировались ее характерные особенности [2]. Ответ на этот вопрос требует не только детального анализа взаимоотношений между видами, входящими в ту или иную экосистему [2], но и изучения особенностей структурно-функциональной организации их популяций, посредством которых реально существует каждый биологический вид.

Следует подчеркнуть, что оценка информационно-энергетических состояний популяций может проводиться путем анализа характера изменений их суммарной продуктивности (биомассы), что значительно упрощает порядок расчетов. Однако подобный анализ дает лишь приблизительную величину информационно-энергетических изменений, зависит от ряда допущений и не позволяет фиксировать проявление действия механизмов саморегуляции, лежащих в основе существования и функционирования каждой популяции [6].

Для того, чтобы реально установить причину и следствие того или иного явления на уровне конкретной популяции необходимо изучить особенности ее структурно-функциональной организации. Структурно-функциональная организация является важнейшим характеристикой биосистем разных уровней интеграции и может определяться по характеру скоррелированности структур (отдельных компонентов). Для популяции такой подход предполагает комплексную оценку по многим признакам. При этом следует подчеркнуть, что поддержание энергетического баланса любой популяции обеспечивается путем дифференцированного использования поступающей энергии (в виде ресурсов экосистемы) различными внутрипопуляционными группировками, в частности, возрастными, половыми и генетическими группами [9, 14]. Последнее позволяет производить оценку состояния популяций по изменению их структурных характеристик (качественно-количественных соотношений компонентов), т. е. устанавливать уровень популяционного разнообразия, соответствующий данному реальному состоянию экосистемы в целом.

Водные экосистемы отличаются значительной вариабельностью не только по интенсивности процессов продуцирования и трансформации вещества и энергии, но и по характеру структурно-функциональной организации биотических сообществ.

Флуктуации той или иной экосистемы, не только сезонные и годовые, но и вызванные ингредиентами антропогенного происхождения, определяются изменчивостью ее составляющих - биосистем разных уровней интеграции, среди которых популяционный имеет особое значение.

Уже ни у кого не вызывает сомнений тот факт, что популяция - реально существующая единица живого, форма существования вида в реальных условиях среды. Именно посредством приспособления конкретных популяций происходит адаптация того или иного вида к новым условиям обитания. При этом существование в живой природе двух систем интеграции - видовой и биоценотической - позволяет одновременно считать популяцию частью вида и неотъемлемым компонентом экосистемы [3, 11, 15]. Каждая популяция, функционируя как элемент биотического сообщества [12], играет определенную роль в экосистеме, входя в какую-либо функциональную группу. Все это и определило популяцию, как самую главную и единственную сравнительно устойчивую внутривидовую группу особей, которая характеризуется способностью к гомеостазу и является элементарной эволюирующей единицей [1, 13].

Каждый вид живых организмов осваивает акваторию посредством своих популяций. При этом в процессе приспособления к условиям существования популяции гидробионтов, испытывая воздействие многочисленных абиотических и биотических факторов, формируют адаптивные механизмы, не только позволяющие им осваивать экологические ниши в конкретных местах обитания, но и обеспечивают их целостность, относительную устойчивость и популяционное разнообразие. Изменения в окружающей среде, происходящие под влиянием антропогенных воздействий, обуславливают определенную динамику структурно-функциональной организации популяций всех без исключения видов гидробионтов, что может быть использовано в качестве показателя не только состояния отдельных видов, но и экосистемы в целом. Поэтому при проведении популяционных исследований, на наш взгляд, следует уделять особое внимание изучению структурных и функциональных параметров популяций (например, половой и возрастной структурам, плодовитости, рождаемости и др.), отличающихся значительной вариабельностью при экстремальных воздействиях на экосистемы ингредиентов антропогенного происхождения [7]. биомасса гидроэкологический структурный

Численность и биомасса - характеристики, до сих пор наиболее часто используемые в гидроэкологических исследованиях. Однако учет последних без изучения особенностей структурно-функциональной организации популяций гидробионтов не дает полного представления не только о процессах, происходящих в водоеме в настоящее время, но и лишает реальной возможности спрогнозировать не только состояние того или иного вида организмов в конкретных условиях существования, но и данной экосистемы в будущем. Так как численность и биомасса - интегральные показатели тех процессов, которые уже произошли в популяции и обусловили их конкретные значения, они отличаются гораздо меньшей информативностью по сравнению со структурными и функциональными характеристиками о реально происходящих процессах в водоеме.

Следует подчеркнуть, что по мере интенсификации использования живых природных ресурсов планеты и усиления антропогенного пресса даже на прямо эксплуатируемые виды живых организмов, управление популяциями становится условием эксплуатации и сохранения живой природы (т. е. сохранение биоразнообразия). Альтернативы популяционному управлению, особенно для эксплуатируемых видов в настоящее время не существует [16]. Поэтому как сложно ни было бы изучение тех или иных популяционных характеристик, каким бы трудным не оказался анализ взаимодействующих абиотических факторов, популяционный подход должен стать основой при любых оценках биоразнообразия и качества воды в водных экосистемах. Необходимость использования популяций в качестве основного объекта экологического мониторинга обусловлена также высокой надежностью этой единицы живого, характеризующейся низким уровнем популяционного риска (риск полного вымирания популяции). При этом степень надежности популяций повышается с усложнением их внутренней структуры [4].

В условиях роста интенсивности и периодичности антропогенного воздействия на биосферу в целом и отдельные экосистемы в частности популяционный мониторинг становится необходимым элементом гироэкологических исследований прежде всего для понимания сути механизмов, обеспечивающих устойчивость водных ценозов и сохранения биоразнообразия в водоемах разного типа. Так как биоценозы реагируют на изменения факторов среды (в том числе и антропогенные) не мгновенно, а по мере накопления дозовых воздействий [10], то реакция биоты на эти воздействия будет проявляться в первую очередь на уровне видовых популяций посредством изменения их структурно-функциональной организации. Таким образом, структурные характеристики популяций могут выступать в качестве показателей характера действия комплекса абиотических факторов (в том числе и антропогенных), интенсивности и периодичности их влияния на биоту [5]. Изучить все виды живых организмов с точки зрения популяционного анализа реально невозможно. Поэтому в качестве видов, выбранных для углубленного изучения внутрипопуляционных процессов, обычно используют организмы, играющие ведущую роль в продуцировании вещества и трансформации энергии и, в конечном счете, определяющие характер функционирования той или иной экосистемы.

Значительный интерес в этом отношении среди гидробионтов водных экосистем Украины могут представлять, например, моллюски, доминирующие, как правило, во всех бентосных ценозах, и гаммариды - высшие ракообразные, популяции которых в большинстве водоемов отличаются значительным количественным развитием [7, 8]. Эти организмы, наряду с другими, были выбраны в качестве объектов популяционного мониторинга. При этом следует подчеркнуть, что моллюски и гаммариды имеют большие различия в жизненных циклах. Для моллюсков характерно непрямое развитие - наличие личиночной стадии, за счет которой и происходит расселение этих видов, гаммариды же - живородящи и обладают высокой подвижностью. Особенности жизненных циклов данных организмов в определенной степени детерминирует не только выбор жизненной стратегии, но и определяют специфичность популяционного полиморфизма, что необходимо учитывать при проведении мониторинговых работ.

Кроме того, небходимо подчеркнуть, что любая популяция живых организмов существует как бы в своем времени и пространстве, поэтому при проведении популяционного мониторинга в той или иной водной экосистеме важно выбрать пространственно-временной масштаб наблюдений, исходя прежде всего из биологических особенностей изучаемых видов, т. е. при слежении за популяциями отдельных видов, относящихся к различным таксономическим группам (как например, моллюски и гаммариды), следует использовать разную периодичность во взятии проб, которые должны отбираться в определенных биотопах, отличающихся не только спецификой экологических условий, но и размерными параметрами.

Резюмируя вышеизложенное, можно заключить, что в условиях роста антропогенного воздействия на водные экосистемы получение данных по структурно-функциональной организации популяций доминирующих видов гидробионтов позволит не только определить реальное состояние отдельных видов и экосистем в целом, но и даст возможность разработать методы рационального использования и охраны природных ресурсов за счет своевременного выявления возможных популяционных рисков.

Литература

1. Большаков В.Н., Кубанцев Б.С. Половая структура популяций млекопитающих и ее динамика. - М.: Наука, 1984. - 233 с.

2. Винберг Г.Г. Гидробиология как экологическая наука // Гидробиол. журн. - 1977. - Т. 13, № 5. - С. 5-15.

3. Гиляров М.С. Вид, популяция и биоценоз // Зоол. журн. - 1954. - Т. 33, вып. 4. - С. 769-778.

4. Гродзинський Д.М., Шеляг-Сосонко Ю.Р., Черевченко Т.М., Ємельянов І.Г., Собко В.Г., Лебеда А.П. Проблеми збереження та відновлення біорізноманіття в Україні. - К.: Вид. дім. "Академперіодика", 2001. - 106 с.

5. Емельянов И.Г. Роль разнообразия в функционировании биологических систем. - Киев, 1992. - 64 с. - (Препринт / АН Украины, Ин-т зоологии; 92.6).

6. Емельянов И.Г. Разнообразие и его роль в функциональной устойчивости и эволюции экосистем. - Киев, 1999. - 168 с.

7. Емельянова Л.В. Гаммариды литорали днепровских водохранилищ. - Киев: Наук. думка, 1994. - 144 с.

8. Ємельянова Л.В. Популяционный мониторинг как основа определения состояния водных экосистем // Період. наук. збірник Київськ. нац. ун-ту імені Тараса Шевченка. Серія: Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія. - 2001а. - Т. 2. - С. 616-622.

9. Межжерин В.А., Емельянов И.Г., Михалевич О.А. Комплексные подходы в изучении популяций мелких млекопитающих. - Киев: Наук. думка, 1991. - 204 с.

10. Мовчан Я.И., Семичаевский В.Д. Дистанционная биоиндикация: логико-методологические и конкретно-научные аспекты. - Киев, 1991. - 44 с. - (Препринт/ АН УССР, Ин-т ботаники).

11. Наумов Н.П. Теоретические основы и принципы экологии // Современные проблемы экологии. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1973. - С. 3-20.

12. Одум Ю. Экология. - М.: Мир, 1986. - Т. 2. - 376 с.

13. Тимофеев-Ресовский Н. В., Воронцов Н. Н., Яблоков А. В. Краткий очерк теории эволюции. - М.: Наука, 1969. - 408 с.

14. Шварц С.С. Эволюционная экология животных: Экол. механизмы эволюц. процесса. - Сведловск, 1969. - 200 с. - (Тр. Ин-та экологии раст. и животн. УФАН СССР; Вып. 65).

15. Шварц С.С. Экологические закономерности эволюции. - М.: Наука, 1980. - 280 с.

16. Яблоков А.В. Популяционная биология. - М.: Высш. шк., 1987. - 304 с.

Размещено на Allbest.ru