Сообщества макробеспозвоночных горных водотоков Алтая: факторы формирования и особенности распределения в градиенте высоты над уровнем моря

Л.В. Яныгина, О.С. Бурмистрова, Д.Д. Волгина, А.В. Котовщиков, В.Л. Парадосский и П.А. Шипунов

Труды Зоологического института РАН, 2023, 327(3): 419–429 · https://doi.org/10.31610/trudyzin/2023.327.3.419

Резюме

С увеличением высоты над уровнем моря изменяются как абиотические, так и биотические условия в горных водотоках. Для оценки особенностей пространственного распределения, а также выявления ведущих факторов этой динамики проанализированы данные по видовому богатству, численности и биомассе ЕРТ таксонов (поденок, веснянок, ручейников) макробеспозвоночных в 21 малом горном водотоке Алтая. По их расположению все реки были разделены на 4 группы: протекающие в низкогорной (менее 1000 м над уровнем моря) зоне, в нижнем (1000–1500 м) и верхнем (1500–2000 м) ярусе среднегорий, а также в высокогорной (выше 2000 м) зоне. В исследованных горных водотоках Алтая отмечен 71 ЕРТ таксон макробеспозвоночных. Видовое богатство (по среднему числу видов в пробе), а также значения численности и биомассы макробеспозвоночных снижались с увеличением высоты над уровнем моря. Максимальную долю дисперсии структурных показателей сообществ объясняло совместное влияние высотной зоны и уровня развития фитопланктона (оцененного по содержанию хлорофилла а). При этом включенные в GLM анализ категориальные предикторы (как абиотические, так и биотические) лучше объясняли вариабельность показателей, связанных с разнообразием, чем изменчивость численности и биомассы. Выявленные тенденции снижения видового богатства ЕРТ таксонов макробеспозвоночных с высотой, ведущие к формированию бедных в таксономическом отношении и особо уязвимых сообществ в высокогорных районах, следует учитывать при разработке программ экологического мониторинга горных водотоков.

Ключевые слова

Верхняя Обь, высотный градиент, горные реки, зообентос, пространственное распределение

Поступила в редакцию 3 февраля 2023 г. · Принята в печать 24 июля 2023 г. · Опубликована 25 сентября 2023 г.

Литература

Ao S., Ye L., Liu X., Cai Q. and He F. 2022. Elevational patterns of trait composition and functional diversity of stream macroinvertebrates in the Hengduan Mountains region, Southwest China. Ecological Indicators, 144: 109558. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2022.109558

Arana J., Tolentino D.A., Miranda R., Tobes I., Araujo-Flores J., Carrasco-Badajoz C. and Rayme-Chalco C. 2021. Distribución altitudinal de macroinvertebrados acuáticos y su relación con las variables ambientales en un sistema fluvial amazónico (Perú). Revista de la Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, 45(177): 1097–1112. https://doi.org/10.18257/raccefyn.1436

Bhat J., Kumar M., Pala N., Shah S., Dayal S., Gunathilake C. and Negi A. 2020. Influence of altitude on the distribution pattern of flora in a protected area of Western Himalaya. Acta Ecologica Sinica, 40(1): 30–43. https://doi.org/10.1016/j.chnaes.2018.10.006

Birrell J.H., Shah A.A., Hotaling S., Giersch J.J., Williamson C.E., Jacobsen D. and Woods H.A. 2020. Insects in high-elevation streams: Life in extreme environments imperiled by climate change. Global Change Biology, 26(12): 6667–6684. https://doi.org/doi:10.1111/gcb.15356

Chapman L.J., Schneider K.R., Apodaca C. and Chapman C.A. 2004. Respiratory ecology of macroinvertebrates in a swamp-river system of East Africa. BIOTROPICA, 36(4): 572–585. https://doi.org/10.1646/1598

Contador T., Kennedy J.H., Rozzi R. and Villarroel J.O. 2015. Sharp altitudinal gradients in Magellanic Sub-Antarctic streams: patterns along a fluvial system in the Cape Horn Biosphere Reserve (55°S). Polar Biology, 38: 1853–1866. https://doi.org/10.1007/s00300-015-1746-4

Croijmans L., De Jong J.F. and Prins H.H.T. 2021. Oxygen is a better predictor of macroinvertebrate richness than temperature–a systematic review. Environmental Research Letters, 16(2): 023002. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab9b42

Culler L.E., McPeek M.A. and Ayres M.P. 2014. Predation risk shapes thermal physiology of a predaceous damselfly. Oecologia, 176: 653–660. https://doi.org/10.1007/s00442-014-3058-8

Echeverría-Galindo P.G., Pérez L., Correa-Metrio A., Avendano C., Mogue B., Brenner M., Cohuo S., Macario-González L. and Schwalb A. 2019. Tropical freshwater ostracodes as environmental indicators across an altitude gradient in Guatemala and Mexico. Revista de Biología Tropical, 67(4): 1037–1058. https://doi.org/10.15517/rbt.v67i4.33278

Everall N.C., Johnson M.F., Wood P., Farmer A., Wilby R. and Measham N. 2017. Comparability of macroinvertebrate biomonitoring indices of river health derived from semi-quantitative and quantitative methodologies. Ecological indicators, 78: 437–448. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2017.03.040

García-Ríos R., Peláez O. and Moi D. 2020. Effects of an altitudinal gradient on benthic macroinvertebrate assemblages in two hydrological periods in a Neotropical Andean river. Ecologia Austral, 30(1): 33–44. https://doi.org/10.25260/EA.20.30.1.0.995

Guo W., Gong D. and Zhao W. 2022. Advances in selection mechanism of aquatic insects on water flow velocity and substrate in small mountain rivers. E3S Web of Conferences, 352: 03042. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202235203042

He F., Wu N., Dong X., Tang T., Domisch S., Cai Q. and Jähnig S.C. 2020. Elevation, aspect, and local environment jointly determine diatom and macroinvertebrate diversity in the Cangshan Mountain, Southwest China. Ecological Indicators, 108: 105618. https://doi.org/doi:10.1016/j.ecolind.2019.105618

Heriques-Oliveira A. and Nessimian J. 2010. Aquatic macroinvertebrate diversity and composition in streams along an altitudinal gradient in Southeastern Brazil. Biota Neotropica, 10(3): 115–128. https://doi.org/10.1590/S1676-06032010000300012

Jacobsen D. 2000. Gill size of trichopteran larvae and oxygen supply in streams along a 4000-m gradient of altitude. Journal of the North American Benthological Society, 19(2): 329–343. https://doi.org/10.2307/1468075

Jacobsen D. 2003. Altitudinal changes in diversity of macroinvertebrates from small streams in the Ecuadorian Andes. Archiv für Hydrobiologie, 158(2): 145–167. https://doi.org/10.1127/0003-9136/2003/0158-0145

Jacobsen D. 2004. Contrasting patterns in local and zonal family richness of stream invertebrates along an Andean altitudinal gradient. Freshwater Biology, 49: 1293–1305. https://doi.org/10.1111/j.1365-2427.2004.01274.x

Jeong S.-B., Kim D.-S., Jeon H.-S., Yang K.-S. and Kim W.-T. 2010. Species richness of aquatic insects in wetlands along the altitudinal gradient in Jeju, Korea: Test of Rapoport's Rule. Korean Journal of Applied Entomology, 49(3): 175–185. https://doi.org/10.5656/KSAE.2010.49.3.175

Kondolf G.M. and Li S. 1992. The pebble count technique for quantifying surface bed material size in instream flow studies. Rivers, 3(2): 80–87.

Körner C. 2007. The use of 'altitude' in ecological research. Trends in Ecology and Evolution, 22: 569–574. https://doi.org/10.1016/j.tree.2007.09.006

Melo A.S. and Froehlich C.G. 2001. Macroinvertebrates in Neotropical streams: richness patterns along a catchment and assemblage structure between 2 seasons. Journal of the North American Benthological Society, 20(1): 1–16. https://doi.org/10.2307/1468184

Rico-Sánchez A.E., Rodríguez-Romero A.J., Sedeño-Díaz J.E., López-López E. and Sundermann A. 2022. Aquatic macroinvertebrate assemblages in rivers influenced by mining activities. Scientific Reports, 12: 3209. https://doi.org/10.1038/s41598-022-06869-2

Tomanova S., Tedesco P.A., Campero M., Van Damme P.A., Moya N. and Oberdorff T. 2007. Longitudinal and altitudinal changes of macroinvertebrate functional feeding groups in neotropical streams: a test of the River Continuum Concept. Fundamental and Applied Limnology, 170(3): 233–241. https://doi.org/10.1127/1863-9135/2007/0170-0233

Tonkin J.D., Tachamo Shah R.D., Shah D.N., Hoppeler F., Jähnig S.C. and Pauls S.U. 2017. Metacommunity structuring in Himalayan streams over large elevational gradients: the role of dispersal routes and niche characteristics. Journal of Biogeography, 44(1): 62–74. https://doi.org/doi:10.1111/jbi.12895

Wang J., Meier S., Soininen J., Casamayor E.O., Pan F., Tang X., Yang X., Zhang Y., Wu Q., Zhou J. and Shen J. 2017. Regional and global elevational patterns of microbial species richness and evenness. Ecography, 40: 393–402. https://doi.org/10.1111/ecog.02216

Wang J., Soininen J., Zhang Y., Wang B., Yang X. and Shen J. 2011. Contrasting patterns in elevational diversity between microorganisms and macroorganisms. Journal of Biogeography, 38: 595–603. https://doi.org/10.1111/j.1365-2699.2010.02423.x

Xing W., Yin M., Lv Q., Hu Y., Liu Ch. and Zhang J. 2014. Oxygen solubility, diffusion coefficient, and solution viscosity. In: W. Xing, G. Yin and J. Zhang (Eds). Rotating Electrode Methods and Oxygen Reduction Electrocatalysts. Elsevier, Amsterdam: 1–31. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63278-4.00001-X

Yalles-Satha A., Alami M.E., Kechemir L.H., Desvilettes C. and Chenchouni H. 2022. Diversity, phenology and distribution of mayfly larvae (Ephemeroptera) along an altitudinal gradient in two permanent Wadis of Algeria. Oriental Insects, 56(1): 14–46. https://doi.org/10.1080/00305316.2021.1904022

Yanygina L.V. 2022. Spatial aspects of macroinvertebrate distribution in Altai mountain streams. Inland Water Biology, 15: 859–865. https://doi.org/10.1134/S1995082922060207