Млекопитающие в системе экологического мониторинга (на примере Тюменской области) 03. 00. 16 экология



страница1/4
Дата30.04.2016
Размер0.79 Mb.
ТипАвтореферат
  1   2   3   4

Министерство образования Российской Федерации

Тюменский государственный университет


На правах рукописи

Гашев Сергей Николаевич

МЛЕКОПИТАЮЩИЕ

В СИСТЕМЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

(на примере Тюменской области)

03.00.16 - экология

Автореферат

Тюмень-2003



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Организация мониторинга окружающей среды - как построение комплексных пространственно-временных рядов трансформации различных биогеоценозов под действием естественных и антропогенных факторов на основе системы наблюдений, оценки и прогноза состояния природной среды, продолжает оставаться на достаточно низком уровне. Причина этого кроется в отсутствии единого методологического подхода и комплексного осуществления программ мониторинга отдельных сред, факторов влияния и компонентов биоты. Следствием чего является непонимание причинно-следственных связей наблюдаемых явлений. Основанием для решения рассматриваемой проблемы в Российской Федерации являются решение Правительства РФ № 1229 от 24 ноября 1993г. “О создании Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ)”, а в пределах отдельных регионов - решения местных органов власти. Наличие этих документов ставит перед соответствующими органами и научно-исследовательскими организациями конкретные задачи. Однако, ни общепризнанного методологического, ни методического подхода к решению поставленных задач на настоящий момент нет. Это с полным правом может быть отнесено и к проведению мониторинга биоразнообразия (как части экологического мониторинга), а также к использованию в качестве объектов мониторинга наряду с другими компонентами биоты млекопитающих. В качестве конкретного шага по реализации указанных выше решений в области разработки методов использования млекопитающих в экологическом мониторинге может быть рассмотрена настоящая работа, которая в методологическом плане является составной частью комплексной методики ведения регионального экологического мониторинга, разработанной под эгидой Тюменского областного комитета охраны окружающей среды и природных ресурсов.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является разработка комплексных методов использования млекопитающих в системе оценки качества среды обитания при региональном экологическом мониторинге.

В связи с этим перед нами ставились следующие задачи.

1. Исследовать фауну млекопитающих Тюменской области с учетом исторических и зоогеографических особенностей региона.

2. Разработать конкретные методические приемы оценки состояния сообществ млекопитающих и популяций их отдельных видов, предполагающие комплексность, многоуровненность и всесторонность исследований, включающие в себя и лабораторные тесты.

3. Изучить вопросы, связанные с проблемами антропогенного воздействия на популяции животных, с механизмами адаптации млекопитающих к этим воздействиям, а также с возможностью зооиндикации трансформаций в различных экологических системах, а также с прогнозированием их дальнейшей судьбы.

4. Исследовать вопросы трансформации сообществ млекопитающих в ходе восстановительных сукцессий нарушенных местообитаний.



5. Продемонстрировать конкретные приемы использования предложенных подходов в системе локального и регионального экологического мониторинга состояния окружающей среды.

Новизна исследований. В работе для оценки состояния сообществ млекопитающих наряду с традиционными показателями предлагаются и оригинальные, основанные на видоспецифичности входящих в сообщество видов. Кроме того, в системе экологического мониторинга предложено применение характеристик устойчивости сообществ млекопитающих, основанных на термодинамических и информационных процессах в этих системах. Впервые для Тюменской области проведено териогеографическое районирование территории, описана фауна области с плейстоцена по современность. Рассмотрены вопросы динамики численности мелких млекопитающих за 30-ти летний период в разных природных зонах региона. Впервые осуществлен комплексный подход при изучении вопросов влияния различных антропогенных факторов на сообщества млекопитающих и популяции отдельных видов.

Теоретическая и практическая значимость работы. С теоретической точки зрения предложенные оригинальные показатели сообществ млекопитающих (индексы антропогенной адаптированности сообществ, показатели упругой, резистентной и общей устойчивости, обобщенный показатель благополучия и др.) позволяют не только с новых позиций подойти к вопросу оценки качества среды обитания животных в системе экологического мониторинга, но и рассмотреть их использование в других системах (сообществах насекомых, птиц и т.д. или сборных групп - наземных позвоночных животных и др.). Важное теоретическое значение имеют исследования фаунистического состава млекопитающих Тюменской области в историческом и зоогеографическом аспектах, которые позволяют оценить процессы трансформации фаунистических комплексов под действием ряда абиотических и биотических факторов. Особый интерес представляет изучение адаптационных механизмов в сообществах млекопитающих и в популяциях их отдельных видов под действием различных антропогенных факторов, имеющих стрессовую или дистрессовую (по Г.Селье) нагрузку. Практическое значение работы определяется, в первую очередь, непосредственным использованием разработанных методологических и методических подходов при создании системы экологического мониторинга, имеется два акта о внедрении работы.

Основные положения, выносимые на защиту.

  1. В течение исторического периода (с XIV века) наряду с исчезновением ряда видов териофауна области пополнялась новыми видами, в результате чего видовое богатство региона возросло, список млекопитающих исторического периода насчитывает 96 видов, из которых в настоящее время встречаются 92.

  2. Важное значение при мониторинге наряду с традиционными должно придаваться интегральным показателям сообществ млекопитающих: таким как устойчивость и стабильность, основанным на термодинамических и информационных процессах в природе, показателю антропогенной адаптированности сообществ и ряду других.

  3. При воздействиях, снижающих роль видов-эдификаторов, отмечаются коренные перестройки состава и структуры сообществ млекопитающих на фоне относительной стабильности морфофизиологических характеристик популяций; при сохранении эдификаторных свойств и общего облика ценоза структура сообществ долгое время остается стабильной, что достигается напряжением морфофизиологических характеристик популяций и лишь при достижении нагрузкой дистрессовых величин отмечается резкое изменение состава сообществ и их структурных характеристик.

  4. Под воздействием возмущающих факторов на первых этапах восстановительной сукцессии на месте сообществ с высоким биологическим разнообразием формируются более бедные и наоборот.

Реализация результатов исследования. По предлагаемым автором методикам заложена сеть постоянных пробных площадей экологического мониторинга районов интенсивной добычи нефти в Среднем Приобье, в настоящее время по заказу областного комитета по экологии ведутся работы по организации подобной сети в г.Тюмени и пригородах (имеется акт о внедрении).

Разработаны программы для расчета статистических показателей и показателей сообществ млекопитающих - «STATAN-98» и «Mammalia». Создана электронная база данных «Териофауна Тюменской области» в СУБД MS Access 97.0. Полученные результаты работы используются при чтении курсов по зоологии позвоночных, зоогеографии, методике организации экологического мониторинга и ряду других в Тюменском государственном университете (имеется акт о внедрении).



Апробация работы. Результаты исследований докладывались на II Междуна-родной конференции приполярных университетов (Тюмень, 1991), на Междуна-родных конференциях «Освоение Севера и проблемы рекультивации» и др. (Сыктывкар, 1991, 2002; Syktyvkar, 1994, 1997, 1998), на Международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды» (Томск, 1995), на I, II, III Межгосударственных конференциях по безопасности жизнедеятельности в Сибири и на Крайнем Севере (С-Петербург, 1992; Тюмень, 1995, 1997), на Международных совещаниях «Состояние териофауны в России и ближнем зарубежье» (Москва, 1996, 2003), на Международной конференции по биологии насекомоядных млекопитающих (Кемерово, 1999), на Международной конференции по экологии и рац. природопользованию (Томск, 2000), на Всесоюзных конференциях «Экология нефтегазового комплекса» (Надым, 1988) и «Эндокринная система организма и вредные факторы окружающей среды» (Ленинград, 1991), на V и VI Съездах ВТО (Москва, 1990, 1999), на Всероссийских конференциях «Биологическое разнообразие животных Сибири» (Томск, 1998) и «Проблемы региональной экологии» (Новосибирск, 2000), а также на двух десятках региональных конференциях, совещаниях и семинарах.

Публикации. Материалы исследования опубликованы в более чем 80 печатных работах, в т.ч. 4 монографиях и 12 работах в изданиях из списка ВАК. Общий объем публикаций более 40 п.л.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы, включающего 745 наименований, и 6 приложений. Работа изложена на 340 страницах машинописного текста и проиллюстрирована 73 таблицами и 39 рисунками. Общий объем 393 с.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Во введении показана актуальность и новизна исследований, указаны цель и задачи настоящей работы, приведена нормативная база по разработке системы экологического мониторинга в Тюменской области.



I. ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА

Термин «мониторинг» появился перед проведением Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (Стокгольм, 5-6 июня 1972 г.). Под экологическим мониторингом принято понимать систему повторных наблюдений одного и более элементов окружающей природной среды в пространстве и во времени с определенными целями в соответствии с заранее подготовленной программой (Mann, 1973).

Таким образом, ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ - это система наблюдений, оценки и прогноза СОСТОЯНИЯ природной среды (Израэль, 1979). В этом плане система экологического мониторинга принципиально отличается от систем формирования комплексных территориальных кадастров природных ресурсов и мероприятий по нормированию нагрузки на природные системы.

В качестве основного предмета рассмотрения является экологический мониторинг, включающий в себя две крупных составляющих части: 1) факторный или геофизический мониторинг (подразумевает слежение за изменениями естественных и антропогенных абиотических факторов среды), обеспечиваемый физико-химическими методами; 2) биологический мониторинг (мониторинг ответных реакций биоты на воздействия отдельных абиотических факторов или их комплексов), обеспечиваемый биологическими методами. Биологический мониторинг, в свою очередь, включает в себя мониторинг биологического разнообразия (видовой состав, соотношение отдельных видов и их распределение на той или иной территории) и мониторинг биологических систем (сообществ организмов, популяций отдельных видов на исследуемой территории). На наш взгляд, рассмотрение в экологическом мониторинге биологических систем ниже рангом, чем популяции, исключено в связи с тем, что именно последние, несмотря на многочисленность взглядов и определений (Тимофеев-Ресовский и др., 1973; Одум, 1986; Шилов, 1997 и т.д.) являются, по мнению С.С.Шварца (1967, 1972 а), элементарной формой существования видов в природе. Это, однако, не исключает использование в целях мониторинга организменных, органных, тканевых (гистологических), клеточных (цитологических) и более мелких показателей в иерархии живых структур, но рассматриваемых в преломлении через популяции конкретных видов. Системы факторного и биологического мониторинга (и их совокупность - экологический мониторинг) по целому ряду принципов могут быть разделены на несколько групп. По особенностям воздействия факторов среды (в первую очередь, антропогенных) на экосистемы выделяются фоновый (для экосистем с минимальным воздействием) и импактный (для экосистем, подверженных влиянию тех или иных факторов или их комплексу). В экологическом мониторинге, как правило, целесообразно использовать обе эти составляющие в методологическом единстве.



Глава II. МЕТОДОЛОГИЯ КОМПЛЕКСНОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО

МОНИТОРИНГА

Глава начинается описанием общих положений методологии комплексного мониторинга, связанным с выбором основных блоков и пространственно-временных комплексов для наблюдений. Предлагается иерархия таких систем и оптимальная периодичность проведения наблюдений. Далее рассматриваются критерии для выбора объектов экологического мониторинга, обосновывается возможность использования в этих целях млекопитающих. Предлагается использовать как показатели сообществ млекопитающих исследуемых территорий, так и популяционные показатели доминирующих видов или видов-индикаторов, исходя из положений некого подобия популяций и сообществ животных в соответствии с теорией фракталов (Гелашвили, Раозенберг, 2002). Основная часть данной главы посвящена описанию конкретных методических приемов, использование которых рекомендуется автором при организации системы экологического мониторинга.

Для характеристики сообществ млекопитающих наряду с распространенными (индекс видового богатства, видового разнообразия и т.д.) предлагается использовать ряд новых оригинальных характеристик сообщества. Связано это с тем, что показатели видового разнообразия, на наш взгляд, не дают исчерпывающей характеристики сообществ организмов в аспекте их антропогенной адаптированности и устойчивости к внешним воздействиям. В основу предлагаемых показателей ложится индекс антропогенной адаптированности отдельных видов, входящих в сообщество, отражающий их качественное своеобразие. Все виды млекопитающих Тюменской области (в фауну которой входит подавляющее большинство видов всей Западной Сибири) разнесены по градациям 5 шкал, которые приведены в приложениях к работе: индекса К-r-ориентированности вида (Кr) (от r-стратегов через r-ориентированных, r=K-стратегов и К-ориентированных видов к К-стратегам -1, 2, 3, 4 и 5 баллов, соответственно); степени антропофобии (А) (от эвсинантропов через синантропов, антропофилов и «нейтралов» к антропофобам -1-5 баллов); степени консуменции (Б) (от поедателей семян и плодов через поедателей вегетативных частей растений, всеядных и поедателей беспозвоночных к плотоядным -1-5 баллов); предпочитаемой влажности (В) и закрытости (Г) местообитаний (от сухого через влажное к мокрому и от открытого через полуоткрытое к закрытому -1-3 балла в каждой). Для каждого i-го вида индекс Ii определяется по формуле: Ii={1/[А+Б+Кr+((В+Г)/2)]}*100. На основании этих индексов (Ii) и обилия конкретных видов (Wi) в сообществе млекопитающих рассчитываются его оригинальные экологические характеристики: показатель эвсинантропии: Is; индекс антропогенизации: Ia; показатель антропофилии: If; индекс естественности: Ie; показатель ранимости: Ir; индекс антропогенной адаптированности сообщества мелких млекопитающих: IAA=(If-Ir)/Ie *100% (при Ie=0 IAA принимается за 100%). Это - интегральная характеристика сообщества. Таким образом, общая антропогенная адаптирован-ность сообщества будет тем выше, чем больше в нем видов из групп эвсинантропов, синантропов и антропофилов с более высокими индивидуальными индексами Ii и чем меньше в его составе «нейтралов» и антропофобов.

Приведенные выше характеристики сообществ млекопитающих дополняются показателями его упругой, резистентной и общей устойчивости, которые были предложены нами ранее (Гашев, 1998) и основываются на индексе видового разнообразия Симпсона, индексе видового богатства и ряде коэффициентов, специфичных для отдельных зональных типов экосистем суши Земли, природно-климатических зон и подзон (Табл. 1), а также сукцессионной стадии развития конкретной экосистемы или сообщества живых организмов той или иной группы (в том числе - млекопитающих). Общая устойчивость может быть рассчитана по формуле: U= 0.09 e(D(2G+3T)/G) + 0.9 D(1+K/R), где первое слагаемое - упругая устойчивость, а второе - резистентная. В пионерных и молодых сообществах величина U будет определяться в основном ее резистентными свойствами, а в зрелых и климаксных - упругими, тогда как резистентность возрастает незначительно. В целом же, необходимо отметить, что устойчивость экологических систем в нашей интерпретации является их внутренним свойством, основанным на их термодинамических особенностях, и в этом контексте резистентная устойчивость системы в корне отличается от стабильности системы по В.Д.Федорову и С.А.Соколовой, где последняя выступает как характеристика состояния системы во времени или пространстве и является натурным проявлением свойств экосистемы при определенных условиях внешней среды.

Таблица 1.

Шкала значений «вязкости» (К) и «упругости» (G) окружающей

Среды для основных зональных типов экосистем суши Земли

К G Основные зональные типы экосистем суши

1 1.0 Вечный снег, ледники (в том числе в горах)

2 0.9 Арктическая пустыня, гольцы в горах, тропические и субтро-

пические пустыни

3 0.8 Тундры (в том числе горные), пустыни умеренного пояса

4 0.7 Северная и средняя тайга, полупустыни умеренного пояса и

субтропические полупустыни

5 0.6 Южная тайга и подтайга, степи, опустыненные саванны

(тропические полупустыни)

6 0.5 Лиственные леса и лесостепь, субтропическая гемигилея

7 0.4 Субтропическая степь, жестколиственные субтропические леса

и кустарники

8 0.3 Сухие саванны, экваториальные лесные болота

9 0.2 Дождевые субтропические леса, экваториальный лес, светлые

тропические леса и лесистые саванны, сильно заболоченный

экваториальный лес

10 0.1 Средне заболоченный экваториальный лес

Примечание: для территории России с учетом ее природно-климатического зонирования можно использовать следующие значения К и G: тундра: арктическая (2.5 и 0.85); типичная (3.0 и 0.80); южная (3.2 и 0.78); лесотундра (3.5 и 0.75); тайга: северная (4.0 и 0.70); средняя (4.5 и 0.65); южная (5.0 и 0.60); подтайга (5.5 и 0.55); лесостепь: северная (6.0 и 0.50); средняя (5.8 и 0.53); южная (5.5 и 0.55).
Репродуктивные процессы предлагается оценивать показателем успешности размножения (URZ), выражаемым как процент от того количества детенышей, которое потенциально могли бы произвести 100 самок в данных условиях за одну генерацию.

Показатель консервативности (IKV) складывается из долей наиболее консервативных групп в популяциях мелких млекопитающих: самок и зимовавших зверьков.

Важным показателем, на наш взгляд, является территориальная структура сообщества, который мы оцениваем показателем агрегированности. Показатель агрегированности вслед за Ю.Одумом (1986) предлагается вычислять по формуле: AG=d/m, где m - среднее арифметическое значение обилия особей на изучаемой площади (по отдельным площадкам), d - дисперсия. Однако, напомним, что увеличение агрегированности организмов может вызываться как локальным увеличением обилия зверьков при общей постоянной численности за счет улучшения условий обитания в этих локусах, так и за счет снижения общего обилия при сохранении зверьков только в некоторых участках территории, более благоприятных при данных (в общем неблагоприятных) условиях. Именно c учетом второго случая нами для оценки качества среды предлагается показатель «плохой» агрегированности: BAG=AG/N (Гашев, 2002 а).

Для интегральной оценки нами выбраны: показатель общей устойчивости сообщества (U), показатель консервативности (IKV), индекс антропогенной адаптированности сообщества (IAA) и успешность размножения млекопитающих в сообществе (URZ). После их индексирования обобщенный показатель благополучия сообщества (SSS) определяется по формуле:

SSS =U + 0.1 IKV + 0.01 IAA + 0.01 URZ + (0.1/BAG).

При изучении популяций отдельных видов в целях экологического мониторинга предлагается использовать целый ряд традиционных показателей:

1. относительная численность данного вида, плотность, динамика численности;

2. половая структура популяций мелких млекопитающих;

3. возрастная структура популяции;

4. пространственная структура популяций мелких млекопитающих: соотношение резидентов и мигрантов;

5. репродуктивные процессы;

6. морфофизиологические и биохимические особенности;

7. зараженность эндо- и эктопаразитами;

8. цитогенетические особенности;

9. наличие уродств и т.д.

Особое место занимают методы исследования состояния животных из природных популяций в лабораторных тестах. При этом, в ходе исследований, безусловно, должна быть выработана оценочная шкала для определения СТЕПЕНИ отклонения состояния окружающей среды от фоновых или исходных значений (I. в пределах нормы, II. слабое изменение, III. изменение средней степени, IV. сильное (или критическое) изменение окружающей среды). Может быть использован, такой показатель отклонения для каждого параметра: D = (DX/Хф) х 100 %, где DХ - отклонение значения параметра от фонового (или исходного); Хф - фоновое значение параметра. Общее состояние экосистемы, отражающее качество окружающей среды, может быть представлено как средневзвешенное из показателей отклонения наиболее информативных параметров ряда объектов мониторинга:

S = (S ki Di)/N, где ki - коэффициент значимости i-го объекта мониторинга в системе, N - количество используемых для анализа объектов.

Особое место в методологии экологического мониторинга отводится использованию целого ряда статистических показателей, таких как коэффициент вариации, асимметрия и эксцесс распределения признаков, кривые аллометрического роста органов, показатель билатеральной асимметрии и др. В качестве обязательного инструментария предлагаются корреляционный, дисперсионный, регрессионный и кластерный анализы. В заключение приводятся основные принципы экологического прогнозирования (Большаков, 1983), которое должно рассматриваться как один из заключительных этапов работ по мониторингу: 1. Не все связи в экосистеме существенны, и нет необходимости измерять все, однако, выявить наиболее важные связи принципиально необходимо.

2. Структура экосистемы важнее для правильного прогноза, чем количественные характеристики ее компонент (численность, биомасса и т.д.). Эту мысль можно развить, процитировав В.Д.Федорова (1983), который выдвигает три постулата: I - в ходе процессов деградации экосистем их структура разрушается относительно скорее, чем изменяется состав; II - в ходе процессов деградации экосистем уровень функционирования экосистем падает относительно медленнее, чем изменение их состава и, соответственно, изменение структуры; III - в ходе процессов деградации экосистем надежность функционирования (экологическая упругость) следует за изменением структуры.

3. Изменения одной переменной могут повлечь за собой неожиданные изменения других переменных и в другом месте.

4. Последствия воздействий не обязательно сказываются мгновенно и постепенно ослабевают; возможно существенное запаздывание в проявлении эффекта действия того или иного фактора.

Вообще же А.М.Бейм с соавторами (1985), на наш взгляд - справедливо, утверждают, что количественное детальное долгосрочное прогнозирование состояния экосистемы, подвергающейся антропогенному воздействию, на современном этапе развития экологических исследований и математических методов прогнозирования бессмысленно. Детальным имеет смысл делать только краткосрочные (в крайнем случае - среднесрочные) прогнозы.



Глава III. КРАТКАЯ ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ

ХАРАКТЕРИСТИКА ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

В главе приводится физико-географическая характеристика Тюменской области и подробно рассматривается экологическая обстановка в различных природных зонах и подзонах, связанная с развитием тех или иных народно-хозяйственных комплексов.





Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал