Geoecological functions of the Baikal endemic amphipod Gmelinoides fasciatus in the bottom subsystem of the cooling reservoir of the Chita TPP-1

Толық мәтін

ВВЕДЕНИЕ

Под влиянием природных и антропогенных факторов в Байкальской Азии формируются природно-технические геоэкосистемы. Их функционирование и геоэкологическая ситуация в них осложняются проникновением видов-инвайдеров. Неконтролируемые изменения технобиоты под влиянием видов-инвайдеров предполагают необходимость разработки методов контроля и управления состоянием природно-технических систем [14]. Чужеродные виды способны изменять облик водных и наземных экосистем [5], при этом в крупных водоемах под влиянием чужеродных видов зообентоса происходят существенные изменения биогеохимических процессов и режимные перестройки экосистем [10]. В Ладожском озере значительную роль в изменении структуры сообществ и изменении облика биотопов оказывает Gmelinoides fasciatus — байкальская эндемичная литоральная бентическая амфипода, широко расселившаяся в водоёмах России [9]. В Забайкальском крае Gm. fasciatus стал одним из ведущих компонентов донных сообществ и ландшафтов в Ивано-Арахлейской системе озер [11].

Предположительно в конце 1990-х гг. Gm. fasciatus проник в водоем-охладитель Читинской ТЭЦ-1 [1], однако публикации о его экологии и месте в геоэкосистеме единичны [12, 15] и недостаточны для оценки влияния на геоэкологическую ситуацию в водоеме-охладителе [18]. Цель исследования — выявить геоэкологические особенности и функции Gm. fasciatus, влияющие на геоэкологическую ситуацию в донной подсистеме водоема-охладителя Читинской ТЭЦ-1.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

В соответствии с физико-географическим районированием России [13], озеро Кенон находится в Центральном Забайкалье Байкальской горной страны. Котловина водоема сформировалась предположительно в мелу-палеогене, завершение оформления котловины озера произошло 71–24 тыс. л.н. [6]. Климат территории резко континентальный, со значительными межгодовыми колебаниями количества осадков [17]. Площадь зеркала озера — 16 км² [16]. В маловодном 2013 г. максимальная глубина озера составила 4.7 м. В период нашего исследования уровень озера был искусственно поднят — в озере преобладали глубины более четырех метров, максимальная глубина составила 6.2 м.

Распределение Gm. fasciatus в озере Кенон изучено в период открытой воды 21–23 октября 2022 г. на 32 станциях исследования, равномерно распределенных по всей акватории озера Кенон (52.03915°с.ш., 113.38446°в.д.). Пробы отбирали с использованием дночерпателя Петерсена (ДЧ 0.025) с площадью захвата 0.025 м². Для изучения размерно-возрастной структуры популяции 17 ноября 2022 г., в подледный период, на стации № 32 у южного прибрежья на глубине 1.5 м отобрано 85 особей Gm. fasciatus. Две пробы на элементный состав Gm. fasciatus отобраны 9 июня 2023 г.: одна — на направляющей дамбе (район устья сбросного канала Читинской ТЭЦ-1), вторая — на станции № 32. Элементный анализ проб проведен в Аналитическом сертификационном испытательном центре ФГБУН «Институт проблем технологий микроэлектроники и особочистых материалов» РАН (АСИЦ ИПТМ РАН) г. Черноголовка, атомно-эмиссионным (iCAP-6500, Thermo Scientific, США) и масс-спектральным с индуктивно связанной плазмой (Х-7, Thermo Elemental, США) методами анализа. Аттестат аккредитации зарегистрирован в Государственном реестре под № РОСС RU.0001.513800 от 09.09.2013. Сведения об элементном составе пересчитаны на сырой вес, содержание сухого вещества в Gm. fasciatus принято 24%.

Карта-схема распределения Gmelinoides fasciatus составлена в ArcGIS 10.8.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Распределение Gm. fasciatus в озере Кенон в октябре 2022 года было неравномерным (рис. 1). Можно выделить западную часть озера, где он обнаружен только в прибрежной зоне, и восточную часть озера, где он обнаружен на большинстве обследованных станций, включая глубинную зону.

 

Рис. 1. Распространение Gm. fasciatus в озере Кенон, октябрь 2022 г. 1 — номера станций исследования, 2 — значения биомассы, г/м2.

Fig. 1. Distribution Gm. fasciatus in Kenon Lake, october 2022 y. 1 — numbers of research stations, 2 — biomass values, g/m².

 

С глубиной численность Gm. fasciatus снижалась — максимальная численность отмечена в прибрежной зоне южной части озера на глубине 1.5 м и достигала 3400 экз./м² (рис. 2). Здесь же отмечена и максимальная биомасса – 18.8 г/м². Для ландшафтов преобладающей в озере зоны глубин более четырех метров характерны очень низкие показатели обилия Gm. fasciatus (рис. 2). В среднем (M±SE) численность Gm. fasciatus в озере Кенон в октябре 2022 г. составила 190±34 экз./м², биомасса — 1.06±0.18 г/м², а его валовая численность и биомасса в озере оценены нами в 3.04 млрд особей и 17 тонн.

 

Рис. 2. Распределение Gm. fasciatus по глубине в оз. Кенон, октябрь 2022 г.

Fig. 2. Distribution of Gm. fasciatus in depth in the lake Kenon, october 2022 y.

 

Популяция Gm. fasciatus в ноябре 2022 г. была представлена широким размерным диапазоном особей от 2.2 до 9.7 мм (рис. 3), в популяции преобладали особи с размерами 4.6–9.6 мм.

 

Рис. 3. Размерная структура популяции Gm. fasciatus в озере Кенон.

Fig. 3. The size structure of Gm. fasciatus population in the lake Kenon.

 

Содержание основного элемента в энергетике водных сообществ — фосфора в сырой массе Gm. fasciatus из озера Кенон — составило в среднем 0.18% (табл. 1). Из макроэлементов, определяющих химический состав вод, Gm. fasciatus характеризуется относительно высоким содержанием кальция, а из тяжелых металлов, по которым отмечается загрязнение озера Кенон, — содержанием меди (табл. 1).

 

Таблица 1. Элементный состав Gm. fasciatus в оз. Кенон

Table 1. Elemental composition of Gm. fasciatus in Lake Kenon

Элемент	Направляющая дамба. Содержание, мкг/г сухого вещества	Станция «32». Содержание, мкг/г сухого вещества	Среднее содержание, мкг/г сырого вещества	Содержание, мкг в сыром веществе/м2	Содержание, грамм в сыром веществе в озере
P	7174	8646	1750	1855	29676
K	5900	3932	1439	1525	24406
Ca	107230	118526	26154	27723	443566
Cu	67.2	45.1	16.4	17	278
Hg	0.032	<ПО* (0.021)	0.005**	0.008	0.1
Pb	0.29	0.12	0.071	0.075	1.2
* — предел обнаружения, ** — за среднее принят предел обнаружения.

 

ОБСУЖДЕНИЕ

С момента вселения Gm. fasciatus в озеро Кенон [1] прошло более 20 лет. В новых геоэкосистемах различного типа (природных или природно-технических) Gm. fasciatus заселяет мелководную зону с твердыми песчаными и галечниковыми грунтами и, без учета миграционных потоков, достигает в них численности 7000–8000 экз./м² и биомассы до 43 г/м² [11, 8, 19]. Полученные нами материалы показывают, что и в водоеме-охладителе Читинской ТЭЦ-1 Gm. fasciatus занял свою экологическую нишу: освоил характерное для него местообитание и достиг в нем достаточно высоких показателей обилия.

Высокие количественные показатели и распространение позволяют предполагать довольно значимые в геосистеме водоема-охладителя Читинской ТЭЦ-1 геоэкологические функции Gm. fasciatus, определяемые особенностями его биологии, экологии, географии, биохимии и т.д. Обзор исследований Gm. fasciatus в различных водоемах [11, 8, 19, 4] показывает широкий спектр его функций. В биологическом отношении Gm. fasciatus — первичноводный организм, который всю жизнь проводит в водной среде. В отношении экологии Gm. fasciatus способен вести нектобентический образ жизни, является конкурентоспособным и неприхотливым к условиям окружающей среды r-стратегом, легко занимающим свою экологическую нишу в новых для него экосистемах; по местам обитания это литоральный, преимущественно псаммо- и литофильный вид, способный мигрировать на большие расстояния и пересекать пелагиаль; по типу и способу питания — эврифаг и, преимущественно, собиратель, участвующий в измельчении органического вещества. В отношении географии Gm. fasciatus — чужеродный для геоэкосистем Центрального Забайкалья, широко расселившийся в России представитель эндемичной Байкальской фауны, в местах своего массового обитания и миграций он формирует облик донных сообществ и ландшафтов. В биогеохимическом отношении Gm. fasciatus обладает специфическим для амфипод химическим составом, участвует в накоплении, миграции химических элементов и перераспределении потоков вещества и энергии [8]. В геоэкологическом отношении он может использоваться как индикатор климатических изменений [12] и как индикатор состояния донных местообитаний [4].

Изменение климата и хозяйственная деятельность оказывают воздействие на состояние озерных геоэкосистем, их компонентов и геосистемные связи. Увеличение или снижение уровненного режима водоемов может быть губительно для организмов. В экстремально маловодные годы в озере Кенон происходит значительное сокращение характерных для Gm. fasciatus мест обитания. Под влиянием изменений климата и температуры воды возможно допустить нарушение воспроизводства в популяциях Gm. fasciatus. Однако исследование размерного состава популяции Gm. fasciatus в оз. Кенон показывает наличие разновозрастных особей и сходство размерной структуры популяции с наблюдаемой в это время года в оз. Арахлей [12] — все это позволяет предположить, что популяция Gm. fasciatus в озере Кенон устойчива, а донная подсистема озера Кенон в связи с его появлением перешла в новое стабильное состояние.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Инвазия амфиподы Gm. fasciatus в водоеме-охладителе Читинской ТЭЦ-1 повлекла за собой изменение геоэкологической ситуации в озере Кенон: произошло необратимое изменение состава и структуры донных сообществ и ландшафтов; в донной подсистеме появился экосистемный «инженер», аналогов которому в экосистеме не было; появились новые потоки веществ и энергии в донной подсистеме и между прибрежной и глубинной зонами озера; в подсистеме управления природно-технической системой водоема-охладителя ТЭЦ-1 появилась возможность использования нового индикатора состояния донной подсистемы.

БЛАГОДАРНОСТИ

Работа выполнена по Программе фундаментальных научных исследований Сибирского отделения Российской академии наук «Геоэкология водных экосистем Забайкалья в условиях современного климата и техногенеза, основные подходы к рациональному использованию вод и их биологических ресурсов» (№ госрегистрации 121032200070-2).

Авторлар туралы

Alexander Shoydokov

Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology of the SB RAS

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: shdkvlv.sc@yandex.ru

Laboratory of Aquatic Ecosystems, postgraduate student, acting junior researcher

Ресей, Chita

Petr Matafonov

Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology of the SB RAS

Email: benthos@yandex.ru

Laboratory of Aquatic Ecosystems, Candidate of Biological Sciences, Researcher

Ресей, Chita

Svetlana Borzenko

Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology of the SB RAS

Email: svb_64@mail.ru

Laboratory of Geoecology and Hydrogeochemistry, Doctor of Geological and Mineralogical Sciences, Chief Researcher

Ресей, Chita

Әдебиет тізімі

Қосымша файлдар