Млекопитающие в системе экологического мониторинга

I.ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ

II.1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ .............................................................................…….... 14

II.2.ОБЪЕКТЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ И

КАЧЕСТВА ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ...................................…...... 16

II.3.ПЕРИОДИЧНОСТЬ ПРОВЕДЕНИЯ НАБЛЮДЕНИЙ ............................…….. 18

II.4.ПРИНЦИПЫ ОТБОРА КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ В

СИСТЕМЕ РЕГИОНАЛЬНОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ...…….. 19

II.5.МЕЛКИЕ МЛЕКОПИТАЮЩИЕ КАК ВОЗМОЖНЫЕ ИНДИКАТОРЫ

СТЕПЕНИ НАРУШЕННОСТИ БИОЦЕНОЗОВ ПРИ МОНИТОРИНГЕ .....…….... 21

II.5.1.Характеристики сообществ мелких млекопитающих в системе мониторинговых

исследований .......................................................................................…......... 24

II.5.2.Характеристики популяций отдельных видов в системе мониторинговых иссле-

дований .....................................................................................................….... 41

II.5.3.Статистические показатели в экологическом мониторинге.....................….... 43

II.6.ПЛАНИРОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ И МЕТОДИК МОНИТОРИНГА ..........……. 45

II.7.УНИФИЦИРОВАННАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ БИОГЕОЦЕНОЗОВ …….. 47

II.8.ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ .............................................…..... 51

3. КРАТКАЯ ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

V.1.ИЗУЧЕНИЕ ВИДОВОГО СОСТАВА МЛЕКОПИТАЮЩИХ

ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ ....................................................................................... 63

V.2.ИСТОРИЯ ФАУНИСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ТЮМЕНСКОЙ

ОБЛАСТИ ............................................................................................................….... 65

V.3.ЗООГЕОГРАФИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ….. 67

V.4.ФАУНА МЛЕКОПИТАЮЩИХ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ .................…….... 71

V.4.1. Современный видовой состав фауны млекопитающих.................................... 71

V.4.2. Плейстоценовая фауна млекопитающих ........................................................... 76

V.4.3. Формирование современной фауны млекопитающих ...................................... 80

V.4.4. Географические закономерности в фауне млекопитающих области.............. 84

V.4.5. Динамика численности млекопитающих .......................................................... 86

V.4.6. Биотическая приуроченность видов млекопитающих ..................................... 91

V.4.7. Хозяйственное значение млекопитающих и оценка численности промыс-

ловых видов ................................................................................................….. 92

V.4.8. Охрана фауны млекопитающих в Тюменской области ...........................…... 99

VI.1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ В РАЙОНАХ НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ. 101

VI.1.1.Введение .....................................................................................................…... 101

VI.1.2.Физико-географическое описание района исследований .........................…....103

VI.1.3.Материал и методика ..................................................................................…... 106

VI.1.4. Краткая характеристика нефтяного загрязнения....................................…..... 109

VI.1.5. Влияние нефтедобычи на фауну и экологию млекопитающих..................… 124

VI.1.6. Биогеоценотические изменения среды обитания мелких млекопитающих, со-

путствующие нефтяному загрязнению .......................................................... 130

VI.1.7. Видовое разнообразие и относительное обилие мелких млекопитающих при-

родных и нарушенных территорий .........................................................….. 140

VI.1.8. Деградационно-восстановительные процессы в фауне мелких млекопитающих

нефтезагрязненных территорий ................................................................….. 158

VI.1.9. Половая структура популяций доминирующих видов мелких млекопитаю-

щих на загрязненной территории ..........................................................…... 161

VI.1.10. Пространственная структура популяций мелких млекопитающих нефте-

загрязненных территорий .......................................................................….... 163

VI.1.11. Возрастная структура популяций доминирующих видов на нефтезагрязнен-

ной территории ...........................................................................................….. 168

VI.1.12. Морфофизиологические особенности популяций доминирующих видов

нефтезагрязненных территорий ................................................................….. 169

VI.1.13. Репродуктивные процессы в популяциях доминирующих видов на нефте-

загрязненной территории ...........................................................................….. 172

VI.1.14. Зараженность мелких млекопитающих экто- и эндопаразитами ......……... 174

VI.2. ПОКАЗАТЕЛИ ВАРЬИРОВАНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИЗНАКОВ,

КРИВЫЕ АЛЛОМЕТРИЧЕСКОГО РОСТА .....................................................…...... 175

VI.3. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ВЛИЯНИЯ НЕФТИ НА МЕЛКИХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ .............................…..... 178

VI.3.1. Репеллентное действие сырой нефти на грызунов .............................……... 178

VI.3.2.Влияние сырой нефти на некоторые физиологические показатели белых мы-

шей и крыс в условиях лабораторного эксперимента .........................…..... 182

VI.4.СИСТЕМА РЕГИОНАЛЬНОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА В

РАЙОНАХ НЕФТЕДОБЫЧИ В СРЕДНЕМ ПРИОБЬЕ ТЮМЕНСКОЙ

ОБЛАСТИ ............................................................................................................…...... 191

VI.5. ВЛИЯНИЕ ГАЗОДОБЫЧИ НА СООБЩЕСТВА МЕЛКИХ

МЛЕКОПИТАЮЩИХ ……………………………………………………………….. 211

VI.6. ВЛИЯНИЕ УРБАНИЗАЦИИ НА ФАУНУ И ЭКОЛОГИЮ МЛЕКОПИТАЮ-

ЩИХ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ ......................................................................…….. 205

VI.6.1. Введение ....................................................................................................…..... 205

VI.6.2. Состояние проблемы ..............................................................................…....... 207

VI.6.3. Материал и методика ..............................................................................…...... 208

VI.6.4. Экологическая характеристика г.Тюмени ...........................................…...... 212

VI.6.5. Влияние урбанизации на сообщества млекопитающих .....................…...... 219

VI.6.6. Особенности популяций доминирующих видов млекопитающих

урбанизированных территорий ..........................................……………………….... 227

VI.6.7. Влияние рекреации на сообщества мелких млекопитающих .............…...... 232

VI.6.8. Некоторые выводы ……………………………………………………………

VI.7.ЭКОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВНУТРИПОПУЛЯ-

ЦИОННЫХ ГРУППИРОВОК ДОМОВЫХ МЫШЕЙ В УРБАНОЦЕНОЗАХ ..... 235

VI.8.ВЛИЯНИЕ СЛАБОГО ХРОНИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ БИОГЕО-

ЦЕНОЗОВ НА ФАУНУ И ЭКОЛОГИЮ МЕЛКИХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ........ 248

VI.9.ИССЛЕДОВАНИЯ ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ СУКЦЕССИЙ .............….. 254

VI.9.1.Фауна и экология мелких млекопитающих залежных сельскохозяйственных

земель ......................................................................................................... 254

VI.9.2.Сообщества мелких млекопитающих рекультивируемых территорий ….. 262

ВЫВОДЫ .................................................................................................................. 265

ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................................... 269

ПРИЛОЖЕНИЯ ........................................................................................................ 301

Приложение 1. ИНДЕКС К-r-ОРИЕНТИРОВАННОСТИ МЛЕКОПИТАЮЩИХ

(Кr) ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ ............................................................................... 326

Приложение 2. СТЕПЕНЬ АНТРОПОФОБИИ (А) И КОНСУМЕНЦИИ

(Б) МЛЕКОПИТАЮЩИХ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ .....…................................. 327

Приложение 3. БИОТОПИЧЕСКИЕ ПРЕДПОЧТЕНИЯ (В и Г)

МЛЕКОПИТАЮЩИХ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ...........…................................... 328

Приложение 4. Аннотированный список млекопитающих

Приложение 5. Акт о внедрении от 9 февраля 2001 г. .............................................. 377

Приложение 6. Акт о внедрении от 20 февраля 2001 г. ............................................ 379


ВВЕДЕНИЕ
В Российской Федерации, как и в мире, в целом, состояние мониторинга окружающей природной среды в полном смысле этого слова (построение комплексных пространственно-временных рядов трансформации различных биогеоценозов под действием естественных и антропогенных факторов) продолжает оставаться на чрезвычайно низком уровне. Причина такого положения кроется не столько в финансовой стороне, хотя эта работа и требует значительных материальных затрат, сколько в отсутствии методологического подхода и комплексного осуществления программ мониторинга отдельных сред, факторов влияния и компонентов биоты. Как следствие этого, препятствием для принятия верных решений в области охраны окружающей среды, в том числе и при возникновении чрезвычайных ситуаций, являются отсутствие четкой и обоснованной концепции, оперативности, а также разобщенность информационного пространства, отсутствие комплексной системы наблюдений не только в континентальном масштабе, но и в отдельных регионах и, наконец, непонимание причинно-следственных связей наблюдаемых явлений.

В этих условиях для разрешения создавшейся ситуации с мониторингом качества окружающей природной среды и получения максимального эффекта при минимальных затратах может быть выбран единственный путь - создание комплексной системы экологического мониторинга при реализации функционального, системного подхода, позволяющего своевременно и точно оценить степень негативного воздействия тех или иных факторов на все компоненты окружающей среды и, прогнозируя возможные процессы, предотвратить необратимые изменения в экосистемах или минимизировать их отрицательные последствия.

Основанием для решения рассматриваемой проблемы в Российской Федерации являются решение Правительства РФ № 1229 от 24 ноября 1993 г. “О создании Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ)”, а в пределах отдельных регионов - решения местных органов власти (так в Тюменской области это - решение Администрации Тюменской области об участии в эксперименте по созданию территориальных подсистем ЕГСЭМ, решение Межрегионального Координационного Совета по экологическим проблемам Уральского региона о создании на основе территориальных подсистем ЕГСЭМ системы экологического мониторинга Урала (август 1995 г.), распоряжение Главы Администрации Тюменской области № 452-р от 19 июня 1996 г. об утверждении Положения о территориальной системе экологического мониторинга Тюменской области). Наличие указанных документов ставит перед соответствующими природоохранными органами и научно-исследовательскими организациями вполне конкретные задачи. Однако, к сожалению, 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 коллективом авторов (Методика..., 1998) под эгидой Тюменского областного комитета охраны окружающей среды и природных ресурсов в ТОО «Реликт» и доработанной позднее на кафедре зоологии и ихтиологии Тюменского государственного университета.

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 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.

Основные положения, выносимые на защиту, сводится к следующему:

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, фаунистический 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.
   

В данной работе кроме методологических подходов к организации системы экологического мониторинга рассмотрены и конкретные примеры их использования в частных случаях, при изучении влияния на териофауну основных видов хозяйственной деятельности в пределах разных природных зон области, многие из которых в таком аспекте анализируются впервые. Ключевой формулой мониторинговых подходов в работе постулируется комплексность, многоуровненность и всесторонность исследований. В то же время, подчеркивается, что в целях экономии средств и оптимизации исследований в каждом конкретном случае имеет смысл использование своего ограниченного набора изучаемых параметров, адекватно и достаточно рельефно отражающего как особенности воздействующих факторов, так и специфику ответных реакций объекта воздействия. Таким образом, реализуется принцип, известный как «бритва Оккама»: «не нужно доказывать большим то, что можно доказать меньшим». С теоретической точки зрения, предложенные оригинальные показатели сообществ млекопитающих 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.

Уже сейчас многие положения работы используются при создании региональной сети пробных площадей экологического мониторинга на юге Тюменской области, а также при чтении лекций по «Зоологии позвоночных», «Основам экологического мониторинга», «Биоиндикации», «Частной териологии» и др. в Тюменском государственном университете. Одним из практических выходов работы явилось параллельное создание в составе авторского статистического пакета STATAN программы «Mammalia» на GW Basic и мультимедийной электронной базы данных «Млекопитающие Тюменской области» на основе СУБД MS Access-97. Результаты исследований докладывались на II Международной конференции приполярных университетов (Тюмень, 1991), на Международных конференциях «Освоение Севера и проблемы рекультивации» (Сыктывкар, 1991; 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 (Ст.-Петербург, 1992; Тюмень, 1995, 1997), на Международном совещании «Состояние териофауны в России и ближнем зарубежье» (Москва, 1996), на Международной конференции по биологии насекомоядных млекопитающих (Кемерово, 1999), на Международной конференции по экологии и рациональному природопользованию (Томск, 2000), на Международной конференции «Разнообразие и управление ресурсами животного мира в условиях хозяйственного освоения Европейского севера» (Сыктывкар, 2002), 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 более чем двух десятках региональных конференциях, совещаниях и семинарах.

Огромную благодарность автор выражает своим помощникам в сборе и обработке материала: Е.А.Быковой, А.Ю.Левых, И.З.Халитову, А.А.Мукановой, Е.В.Бугай, Н.В.Сорокиной, Ю.В.Куликовой, Н.А.Сазоновой, своим коллегам, делившим все тяготы полевой жизни: М.Н.Казанцевой, С.П.Арефьеву, А.В.Соромотину, А.В.Рыбину, и особенно Н.А.Гашевой, внесшей неоценимый вклад в создание электронной версии рукописи.

Мониторинг включает следующие основные направления (Израэль, 1974):

- наблюдение за факторами, воздействующими на окружающую природную среду;

- оценку фактического состояния природной среды;

- прогноз состояния окружающей природной среды.

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 нашего 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.

Если мы имеем представление об иерархической пространственно-временной организации биосферы, то можем определить тот пространственный уровень организации исследований, на котором они будут действительно отражать, скажем, биосферные, а не локальные или региональные процессы (Соколов, Пузаченко, 1988). По масштабам территории, для которой проводится экологический мониторинг, можно выделить: глобальный, региональный и локальный мониторинг (Табл. 1). В этом плане система экологического мониторинга Тюменской области соответствует иерархическому уровню глобального экологического мониторинга, включающему в себя подсистемы регионального (разного ранга) и локального мониторинга.

Таблица 1.

Иерархическая структура пространственно-временной

организации биосферы (по Соколову, Пузаченко, 1988)

Примечание: характерные пространства были выделены на основе последовательного

членения окружности планеты по экватору или меридианам на четыре.
По особенностям воздействия факторов среды (в первую очередь, антропогенных) на экосистемы выделяются фоновый (для экосистем с минимальным воздействием, в идеале осуществляемый на базе биосферных или иных государственных заповедников, скажем, в виде «Летописей природы» или др. (Рибчак, 1992)) 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.

По охвату исследуемых факторов экологический мониторинг может быть: моно-, ди-, полифакторным и интегральным (в идеале, рассматривающий весь комплекс абиотических факторов среды).

По охвату элементов биоты в импактных биогеоценозах экологический мониторинг может быть моно-, ди-, поликомпонентным и комплексным (рассматривающим весь комплекс элементов биоты или набор наиболее репрезентативных ее составляющих).

Особняком стоит ретроспективный мониторинг, классические работы по которому в области геологии принадлежат Л.Бриггсу и Г.Поллаку (Briggs, Pollack, 1967), Г.Брассу (Brass, 1975), а в области экологии - Т. Андерсону (Anderson, 1974), Фриттсу (Fritts, 1976), Г.Свитцеру с соавторами (Switzer et al., 1968) и др. При благоприятных обстоятельствах сегодня можно с большой степенью вероятности воссоздать историю развития геологических, почвообразовательных, экологических, зоологических и антропогенных явлений и ситуаций в прошлом (Фортескью, 1985), в том числе и для Западной Сибири (Колесников, 1990), а по их закономерностям смоделировать процессы в будущем.

Ряд авторов (Rabe, 1982; Вайнерт и др., 1988; Chaphekar, 1991) выделяют еще два вида мониторинга на основании используемых в том и другом случае методов исследований: 1) пассивный мониторинг (у свободно живущих организмов и их популяций фиксируются видимые или незаметные повреждения или отклонения от нормы, являющиеся признаками стрессового воздействия) и 2) активный мониторинг (те же самые воздействия исследуются на тест-объектах, организмах, находящихся в стандартизированных условиях). Несмотря на безусловную важность тестовых изысканий, нам представляется более правильным не выделять два самостоятельных вида мониторинга, а говорить именно о методах исследований в экологическом мониторинге.