Введение к работе
Актуальность темы исследования. Пиретроидные инсектициды стали использоваться в середине прошлого века для борьбы с насекомыми-вредителями сельскохозяйственных культур. В настоящее время они доминируют среди производимых в мире инсектицидов (Bradberry et al., 2005). Было обнаружено, что быстро-разлагающиеся пиретроиды могут поступать в континентальные водоемы и находиться в них определенное время в потенциально опасных концентрациях (Willams et al., 1995).
Оценка воздействия загрязнителей на биоту водоемов обычно основывается на результатах стандартных токсических тестов, включающих ограниченное число видов (Методика определения, 1999; Methods for measuring, 2000). Известно, что чувствительность разных видов к загрязнителям может значительно варьировать даже среди представителей одного рода (Wogram, Liess, 2001). Кроме того, чувствительность к токсиканту может различаться у представителей одного вида в разных природно-климатических условиях (Kwok et al., 2007).
Как правило, лабораторные исследования проводятся на отдельных видах гид-робионтов или даже на отдельных особях (Мур, Рамамурти, 1987; Чалова, 1998; Banks et al., 2003), что исключает межбиотические взаимодействия и влияние факторов среды. Наиболее перспективным методом оценки потенциальной опасности пиретроидов является использование экспериментальных микроэкосистем с многовидовыми сообществами, то есть систем максимально приближенных к природным условиям (Crossland, LaPoint, 1992; Willams et al., 2002). К настоящему времени имеется большое количество работ, проведенных с использованием экспериментальных микроэкосистем и освещающих довольно широкий круг вопросов (Webber et al., 1992; Editorial, 1996; Van Wijngaarden et al., 2005; Van Vlaardingen, 2008; Daam, Van den Brink, 2010 и др.), тем не менее, многое остается неизученным.
Одним из важных компонентов водных экосистем является зоопланктон. Зоо-планктонные организмы присутствуют практически в каждом водоеме и играют существенную роль в их функционировании. Представители этой группы широко используются в экотоксикологических исследованиях, однако, сведений о реакции отдельных видов и сообществ зоопланктона на воздействие инсектицидов недостаточно.
Цель работы: изучить изменения структуры сообществ Cladocera и Copepoda под влиянием эсфенвалерата в разных условиях среды.
Задачи исследования:
-
Изучить сезонную динамику численности и биомассы Cladocera и Copepoda водоемов юга Западной Сибири и сравнить с таковой в экспериментальных микроэкосистемах.
-
Определить видоспецифичную чувствительность некоторых представителей зоопланктона к эсфенвалерату и выявить виды, пригодные для биоиндикации загрязнения водоемов пиретроидами.
-
Изучить влияние эсфенвалерата на сообщества Cladocera и Copepoda в экспериментальных микроэкосистемах при однократных и трехкратных воздействиях.
-
Исследовать влияние освещенности экспериментальных микроэкосистем и плотности зоопланктона на его чувствительность к эсфенвалерату.
-
Сравнить реакцию сообществ Cladocera и Copepoda экспериментальных микроэкосистем на токсическое воздействие в условиях юга Западной Сибири и восточной части Центральной Европы.
Научная новизна исследования. Впервые исследованы эффекты однократных и трехкратных воздействий эсфенвалерата на сходные сообщества зоопланктона (Cladocera, Copepoda) разных природно-климатических регионов.
Изучена чувствительность нескольких новых представителей зоопланктона к эсфенвалерату. Выявлены виды, пригодные для биоиндикации загрязнения водоемов синтетическими пиретроидами. Впервые определены концентрации, потенциально опасные для 5 и 50 % видов в сообществах зоопланктона юга Западной Сибири.
Впервые показано, что трехкратное внесение токсиканта, в зависимости от частоты поступления, может вызывать различную реакцию сообщества – увеличение либо снижение его чувствительности.
Предложена оригинальная классификация Cladocera и Copepoda на основе данных по чувствительности к эсфенвалерату и с учетом продолжительности жизненного цикла.
Теоретическое и практическое значение работы. Результаты исследования являются вкладом в изучение фауны и экологии зоопланктона водоемов юга Западной Сибири. Данные о видовом разнообразии, биомассе и численности зоопланктона могут быть использованы в биомониторинговых исследованиях. Результаты изучения влияния эсфенвалерата на сообщества Cladocera и Copepoda указывают на большую значимость экологических факторов при токсическом воздействии, что должно учитываться при прогнозировании экологических рисков использования пестицидов.
Схожесть реакции сообществ зоопланктона микрокосм на юге Западной Сибири и в Центральной Европе на внесение эсфенвалерата свидетельствует о том, что для оценки экологических рисков воздействия пиретроидов в разных природно-климатических регионах могут применяться сходные критерии оценки качества вод. Данные по чувствительности отдельных видов зоопланктона к эсфенвалерату могут использоваться для построения графиков распределения чувствительности видов в сообществах гидробионтов при прогнозировании последствий применения пиретро-идов.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на X съезде Гидробиологического общества при РАН (Владивосток, 28 сентября– 2 октября 2009 г); на Всероссийской конференции молодых ученых «Биоразнообразие: глобальные и региональные процессы» (Улан-Удэ, 14–17 сентября 2010 г.); на IV Международной научной конференции, посвященной памяти профессора Г.Г. Винберга «Современные проблемы гидроэкологии» (Санкт-Петербург, 11– 15 октября 2010 г.); на XIV Всероссийской школе-конференции молодых ученых «Биология внутренних вод» (Борок, 26–30 октября 2010 г.); на ХVIII ежегодном съезде Экотоксикологического общества (SETAC GLB) (Ландау, Германия, 18–
21 сентября 2011 г.); на ХVIII, ХХ, ХХII и XXIII ежегодных съездах Экотоксиколо-гического общества (SETAC Europe) (Варшава, Польша, 25–29 мая 2008 г.; Испания, Севилья, 23–27 мая 2010 г.; Берлин, Германия, 20–24 мая 2012 г.; Глазго, Великобритания, 12–16 мая 2013 г.).
Декларация личного участия автора. Автором лично осуществлен комплекс полевых и лабораторных исследований (ИСиЭЖ СО РАН, Карасукский научный стационар, Helmholtz Centre for Environmental Research, Leipzig, Germany), проведена камеральная обработка материала и анализ полученных данных, включая статистическую обработку. Формулировка основных положений и написание текста диссертации выполнены автором по плану, согласованному с научным руководителем. Доля участия автора в совместных публикациях пропорциональна долям остальных авторов.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
-
Чувствительность зоопланктона к эсфенвалерату увеличивается в ряду: веслоногие мелкие виды ветвистоусых крупные виды ветвистоусых (за исключением D. magna из природной популяции).
-
Ответ сообществ Cladocera и Copepoda на трехкратное внесение эсфенвалера-та изменяется в зависимости от частоты его поступления, плотности зоопланктона и освещенности. Может происходить как усиление, так и ослабление токсического эффекта.
-
Реакция сообществ Cladocera и Copepoda микрокосм на юге Западной Сибири и в Центральной Европе сопоставима. Для оценки экологических рисков в исследованных природно-климатических регионах можно использовать сходные критерии оценки качества вод.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, из них – 5 в рецензируемых журналах перечня ВАК, из них две работы в российских журналах (Сибирский экологический журнал, Евразиатский энтомологический журнал), три – в зарубежных, входящих в международные базы данных Web of science и Scopus (Ecotoxicology, Global Change Biology, Aquatic toxicology).
Структура и объем диссертации
