Особенности пространственного распределения донных сообществ равнинной реки бассейна Средней Волги

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Вестник Томского государственного университета. Биология. 2017; : 163-180

Особенности пространственного распределения донных сообществ равнинной реки бассейна Средней Волги

Зинченко Т. Д., Шитиков В. К., Головатюк Л. В.

https://doi.org/10.17223/19988591/40/10

Аннотация

Рассмотрены закономерности структурной изменчивости донных сообществ на участках равнинной реки Уса бассейна Средней Волги. В результате статистической обработки проб макрозообентоса на 9 станциях выявлен характер пространственного распределения видов по продольному профилю реки. С использованием теста Дики-Фуллера для большинства рядов обобщенных гидробиологических показателей и численности основных таксономических групп подтверждена гипотеза о нестационарном характере их биотопического распределения и существовании закономерных трендов. Методом случайного зондирования Пиелу показана статистическая значимость детерминированной тенденции в изменении структуры донного сообщества по продольному градиенту реки. Выполнен сравнительный анализ скоростей изменения видового богатства и оценок бета-разнообразия для сезонного, многолетнего и пространственного вариантов комбинирования наблюдений. С использованием многомерного неметрического шкалирования осуществлена ординация видов и выделены группы станций, соответствующие характерным зонам реки. Из сформированного набора абиотических факторов среды произведен отбор значимых параметров, определяющих комплексный продольный градиент (насыщение кислородом, скорость течения и содержание фосфора). Показано, что пространственное распределение видов макрозообентоса экосистемы р. Уса объясняется механизмами сложного объединения трех концепций: «нейтрального» водотока, речного континуума и «мозаики пятен».

Список литературы

1. Guisan A., Thuiller W. Predicting species distribution: offering more than simple habitat models // Ecology Letters. 2005. Vol. 8. PP. 993-1009.

2. Алимов А.Ф., Богатов В.В., Голубков С.М. Продукционная гидробиология. СПб. : Наука, 2013. 342 с.

3. Perry J.A., Schaeffer D.J. The longitudinal distributions of or riverine benthos: a river discontinuum? // Hydrobiologia. 1987. № 148. PP. 257-268.

4. Шитиков В.К., Зинченко Т.Д. Статистический анализ структурной изменчивости донных сообществ и проверка гипотезы речного континуума // Водные ресурсы. 2014. Т. 41, № 5. С. 530-540.

5. Montgomery D.R. Process domains and the river continuum concept // J. American Water Resources Association. 1999. Vol. 35. PP. 397-410.

6. Богатов В.В. Комбинированная концепция функционирования речных экосистем // Вестник ДВО РАН. 1995. № 3. С. 51-61.

7. Vannote R.L., Minshall G.W., Cummins K.W., Sedell J.R, Cushing C.E. The river continuum concept // Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 1980. Vol. 37. PP. 130-137.

8. Chase J.M., Leibold M.A. Ecological Niches: Linking Classical and Contemporary Approaches. Chicago : The University of Chicago Press, 2003. 221 р.

9. Poff N.L. Landscape filters and species traits: towards mechanistic understanding and prediction in stream ecology // J. North Am. Benthol. Soc. 1997. № 16. PP. 391-409.

10. Webster J.R. Spiraling down the river continuum: stream ecology and the U-shaped curve // J. North Am. Benthol. Soc. 2007. № 26. PP. 375-389.

11. Hirzel A.H., Le Lay G. Habitat suitability modelling and niche theory // J. Appl. Ecol. 2008. № 45. PP. 1372-1381.

12. Шитиков В.К., Зинченко Т.Д., Розенберг Г.С. Макроэкология речных сообществ: концепции, методы, модели. Тольятти : Кассандра, 2012. 257 с.

13. Dalu T., Froneman W., Richoux N. Phytoplankton community diversity along a river-estuary continuum // Transactions of the Royal Society of South Africa. 2014. № 6. PP. 1-10.

14. Ruse L.P., Herrmann S.J., Sublette J.E. Chironomidae (Diptera) species distribution related to environmental characteristics of the metal-polluted Arkasas River, Colorado // Western North American Naturalist. 2000. Vol. 60, № 1. PP. 34-56.

15. Голубая книга Самарской области: редкие и охраняемые гидробиоценозы / под ред. Г.С. Розенберга и С.В. Саксонова. Самара : Самарский научный центр РАН, 2007. 200 с.

16. Зинченко Т.Д. Эколого-фгунистическая характеристика хирономид (Diptera, Chironomidae) малых рек бассейна Средней и Нижней Волги: (атлас). Тольятти : Кассандра, 2011. 258 с.

17. Методические рекомендации по сбору и обработке материалов при гидробиологических исследованиях на пресноводных водоемах. Зообентос и его продукция / под ред. Г.Г. Винберга и Г.М. Лаврентьевой. Л. : ГосНИОРХ, ЗИН АН СССР, 1983. 51 с.

18. Dickey D.A., Fuller W.A. Distribution of the estimators for autoregressive time series with a unit root // J. American Statistical Association. 1979. Vol. 74. PP. 427-431.

19. Дыренков С.А., Акатов В.В. Экологическое пространство второго порядка: скорости изменений функций отклика на градиенте экологических факторов // Экология. 1990. Т. 21, № 3. С. 13-21.

20. Wilson M.V., Shmida A. Measuring beta diversity with presence-absence data // J. Ecol. 1984. Vol. 72. PP. 1055-1064.

21. Pielou E.C. Probing multivariate data with random skewers: a preliminary to direct gradient analysts // Oikos. 1984. Vol. 42. PP. 161-165.

22. Jongman R.H.G., ter Braak C.J.F., van Tongeren O.F.R. Data Analysis in Community and Landscape Ecology. Wageningen : Pudoc, 1987. 299 p. [Пер. с англ.: Джонгман Р.Г.Г., тер Браак С.Дж.Ф., ван Тонгерен О.Ф.Р. Анализ данных в экологии сообществ и ландшафтов. М. : РАСХН, 1999. 306 с.].

23. Legendre P., Legendre L. Numerical Ecology. Amsterdam : Elsevier Sci. BV, 2012. 1006 p.

24. McCune B., Grace J.B., Urban D.L. Analysis of Ecological Communities. Gleneden Beach, OR : MjM Software, 2002. 285 p.

25. Шарый П.А., Пинский Д.Л. Статистическая оценка связи пространственной изменчивости содержания органического углерода в серой лесной почве с плотностью, концентрацией металлов и рельефом // Почвоведение. 2013. № 11. С. 1344-1356.

26. Oksanen J., Blanchet F.G., Kindt R. et al. vegan: Community Ecology Package. R package version 2.0-2. 2011. URL: https://cran.r-project.org/web/packages/vegan Accessed: 24.07.2017).

27. Wood S.N. Generalized Additive Models: аn Introduction with R. Boca Raton, FL : Chapman & Hall/CRC, 2006. 410 p.

28. Gladyshev M.I., Kolmakova O.V., Tolomeev A.P., Anishchenko O.V., Makhutova O.N., Kolmakova A.A. Differences in organic matter and bacterioplankton between sections of the largest Arctic river: Mosaic or continuum? // Limnol. Oceanogr. 2015. Vol. 60. PP. 1314-1331.

29. Hubbell S.P. The Unified Neutral Theory of Biodiversity and Biogeography. Princeton: Univ. Press, 2001. 448 p.

30. Townsend C.R. The patch dynamics concept of stream community ecology // J. North Amer. Benthological Soc. 1989. Vol. 8. PP. 36-50.

Tomsk State University Journal of Biology. 2017; : 163-180

Spatial distribution features of bottom communities of a plain river in the Middle Volga river basin

Zinchenko T. D., Shitikov V. K., Golovatyuk L. V.

https://doi.org/10.17223/19988591/40/10

Abstract

Spatial distribution of hydrobiont communities depends on heterogeneous environmental conditions and is accompanied by formation of their specific determined patterns. For lotic ecosystems, various theories are devoted to their generalization: river continuum, flow neutrality, patch dynamics, ecological niches, landscape filters, etc. The aim of this work was to consider structural variability patterns of bottom communities at different sites of the water flow using the example of the Usa river - a typical plain river in the Middle Volga river basin discharging into the Kuybyshev water reservoir at the northwest extremity of the Zhiguli mountains (See Fig. 1). We used statistical methods to assess whether the listed theoretical constructions are applicable to explain the variation of the observed data. We carried out hydrobiological sampling during several years at 9 sites of the river, determined species composition, and estimated the number and biomass of 89 species (taxa) of macrozoobenthos. With the use of the Dickey-Fuller test, the hypothesis of the non-stationary character of the majority of population density series of the main taxonomic groups and generalized hydrobiological parameters and the existence of regular trends concerning the sequence of sites is confirmed (See Table 1). With the use of the Pielou's method of random skewers, statistical significance of the determined tendency in changing the structure of the entire community as a whole along the longitudinal gradient of the river is shown. We made a comparative analysis of rates of species richness change and estimated the beta-diversity for seasonal, long-term and spatial variants of combining observations (See Fig. 3). Using nonmetric multidimensional scaling, we constructed ordination diagrams of species and separated site groups corresponding to the characteristic zones of the watercourse (See Fig. 4). From the set of hydrological, hydrochemical and geomorphological environmental factors, we selected the most significant parameters defining the complex gradient of the river (oxygen saturation, flow velocity, and the phosphorus content (See Table 2). We showed that macrozoobenthos spatial distribution in the Usa River ecosystem is explained by the mechanisms of complex combination of all three concepts: "neutral pipe", "river continuum" and "patch mosaic". In the upper course, there is a high turnover of species and a considerable difference in taxonomic structure of bottom communities among sites, which is characteristic of neutral pipe. In the middle reaches, the balance of primary production is stabilised and there is an active exchange of species owing to direct and reverse drift. The taxonomic structure of biocenoses sequence in its peripheral part is strongly blocked and, consequently, a share of common species is great, which corresponds to the theory of the river continuum. In the lower reaches and estuary, the impact of external environmental factors becomes critical, and migration of species with waters from the Kuybyshev water reservoir is great, therefore a specific benthos structure is characteristic of "isolated zones". The article contains 4 Figures, 2 Tables and 30 References.

References

1. Guisan A., Thuiller W. Predicting species distribution: offering more than simple habitat models // Ecology Letters. 2005. Vol. 8. PP. 993-1009.

2. Alimov A.F., Bogatov V.V., Golubkov S.M. Produktsionnaya gidrobiologiya. SPb. : Nauka, 2013. 342 s.

3. Perry J.A., Schaeffer D.J. The longitudinal distributions of or riverine benthos: a river discontinuum? // Hydrobiologia. 1987. № 148. PP. 257-268.

4. Shitikov V.K., Zinchenko T.D. Statisticheskii analiz strukturnoi izmenchivosti donnykh soobshchestv i proverka gipotezy rechnogo kontinuuma // Vodnye resursy. 2014. T. 41, № 5. S. 530-540.

5. Montgomery D.R. Process domains and the river continuum concept // J. American Water Resources Association. 1999. Vol. 35. PP. 397-410.

6. Bogatov V.V. Kombinirovannaya kontseptsiya funktsionirovaniya rechnykh ekosistem // Vestnik DVO RAN. 1995. № 3. S. 51-61.

7. Vannote R.L., Minshall G.W., Cummins K.W., Sedell J.R, Cushing C.E. The river continuum concept // Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 1980. Vol. 37. PP. 130-137.

8. Chase J.M., Leibold M.A. Ecological Niches: Linking Classical and Contemporary Approaches. Chicago : The University of Chicago Press, 2003. 221 r.

9. Poff N.L. Landscape filters and species traits: towards mechanistic understanding and prediction in stream ecology // J. North Am. Benthol. Soc. 1997. № 16. PP. 391-409.

10. Webster J.R. Spiraling down the river continuum: stream ecology and the U-shaped curve // J. North Am. Benthol. Soc. 2007. № 26. PP. 375-389.

11. Hirzel A.H., Le Lay G. Habitat suitability modelling and niche theory // J. Appl. Ecol. 2008. № 45. PP. 1372-1381.

12. Shitikov V.K., Zinchenko T.D., Rozenberg G.S. Makroekologiya rechnykh soobshchestv: kontseptsii, metody, modeli. Tol'yatti : Kassandra, 2012. 257 s.

13. Dalu T., Froneman W., Richoux N. Phytoplankton community diversity along a river-estuary continuum // Transactions of the Royal Society of South Africa. 2014. № 6. PP. 1-10.

15. Golubaya kniga Samarskoi oblasti: redkie i okhranyaemye gidrobiotsenozy / pod red. G.S. Rozenberga i S.V. Saksonova. Samara : Samarskii nauchnyi tsentr RAN, 2007. 200 s.

16. Zinchenko T.D. Ekologo-fgunisticheskaya kharakteristika khironomid (Diptera, Chironomidae) malykh rek basseina Srednei i Nizhnei Volgi: (atlas). Tol'yatti : Kassandra, 2011. 258 s.

17. Metodicheskie rekomendatsii po sboru i obrabotke materialov pri gidrobiologicheskikh issledovaniyakh na presnovodnykh vodoemakh. Zoobentos i ego produktsiya / pod red. G.G. Vinberga i G.M. Lavrent'evoi. L. : GosNIORKh, ZIN AN SSSR, 1983. 51 s.

18. Dickey D.A., Fuller W.A. Distribution of the estimators for autoregressive time series with a unit root // J. American Statistical Association. 1979. Vol. 74. PP. 427-431.

19. Dyrenkov S.A., Akatov V.V. Ekologicheskoe prostranstvo vtorogo poryadka: skorosti izmenenii funktsii otklika na gradiente ekologicheskikh faktorov // Ekologiya. 1990. T. 21, № 3. S. 13-21.

20. Wilson M.V., Shmida A. Measuring beta diversity with presence-absence data // J. Ecol. 1984. Vol. 72. PP. 1055-1064.

21. Pielou E.C. Probing multivariate data with random skewers: a preliminary to direct gradient analysts // Oikos. 1984. Vol. 42. PP. 161-165.

22. Jongman R.H.G., ter Braak C.J.F., van Tongeren O.F.R. Data Analysis in Community and Landscape Ecology. Wageningen : Pudoc, 1987. 299 p. [Per. s angl.: Dzhongman R.G.G., ter Braak S.Dzh.F., van Tongeren O.F.R. Analiz dannykh v ekologii soobshchestv i landshaftov. M. : RASKhN, 1999. 306 s.].

23. Legendre P., Legendre L. Numerical Ecology. Amsterdam : Elsevier Sci. BV, 2012. 1006 p.

24. McCune B., Grace J.B., Urban D.L. Analysis of Ecological Communities. Gleneden Beach, OR : MjM Software, 2002. 285 p.

25. Sharyi P.A., Pinskii D.L. Statisticheskaya otsenka svyazi prostranstvennoi izmenchivosti soderzhaniya organicheskogo ugleroda v seroi lesnoi pochve s plotnost'yu, kontsentratsiei metallov i rel'efom // Pochvovedenie. 2013. № 11. S. 1344-1356.

26. Oksanen J., Blanchet F.G., Kindt R. et al. vegan: Community Ecology Package. R package version 2.0-2. 2011. URL: https://cran.r-project.org/web/packages/vegan Accessed: 24.07.2017).

27. Wood S.N. Generalized Additive Models: an Introduction with R. Boca Raton, FL : Chapman & Hall/CRC, 2006. 410 p.

29. Hubbell S.P. The Unified Neutral Theory of Biodiversity and Biogeography. Princeton: Univ. Press, 2001. 448 p.

30. Townsend C.R. The patch dynamics concept of stream community ecology // J. North Amer. Benthological Soc. 1989. Vol. 8. PP. 36-50.

Особенности пространственного распределения донных сообществ равнинной реки бассейна Средней Волги

Аннотация

Spatial distribution features of bottom communities of a plain river in the Middle Volga river basin

Abstract

События

EasyCookieInfo