Індикаційні особливості макрофітних угруповань в оцінці антропогенного навантаження на водні екосистеми
Анотація
Вивчення структурно-функціонального біорізноманіття у взаємозв'язку з різними екологічними чинниками наразі є надзвичайно актуальним, оскільки водні екосистеми є вагомим джерелом біологічного різноманіття і складають значну частину біологічної продуктивності Землі, виконують багато функцій, є цінними і важливими для стабільності біотичних угруповань. З огляду на це, було поставлено завдання визначити флористичний склад Тетерівського екологічного коридору як прототипового річкового ландшафту північної частини України, проаналізувати структурно-функціональні особливості видового різноманіття макрофітів у ньому та розчленувати це різноманіття на складові частини за місцем походження, життєвою формою та відношенням до факторів середовища. За результатами дослідження проаналізовано кількість видів та їх прогнозоване покриття на ділянках з різним антропогенним навантаженням в межах Тетерівського екологічного коридору в розрізі екологічних зон. Показано, що інтегральний екологічний показник якості води є визначальним для зростання фітоценозів у регіонах з високим антропогенним навантаженням. Угруповання можуть виживати в умовах низького вмісту розчиненого кисню, великої кількості мулистих відкладів та переважання анаеробних процесів у перетворенні речовин. Крім того, вони можуть поширюватися в заплавах річок, вологих болотистих екотопах та інших середовищах, де вода присутня протягом тривалого часу. Більшість цих угруповань не вибагливі до середовища існування, оскільки можуть процвітати в різних ситуаціях, включаючи слабокислі або нейтральні субстрати, різний вміст азоту та мінеральних речовин у ґрунті, а також помірне засолення рослинного покриву. Збільшення чисельності представників окремих екоугруповань може свідчити про зміни екологічного стану водних екосистем та мати практичне значення при виявленні посилення антропогенного тиску на водні екосистеми
Ключові слова
індикатори, фітоценози, біорізноманіття, види, екоугруповання
[1] Ceschin, S., Bellini, A., & Scalici, M. (2021). Aquatic plants and ecotoxicological assessment in freshwater ecosystems: A review. Environmental Science and Pollution Research, 28(5), 4975-4988. doi: 10.1007/s11356-020-11496-3.
[2] Cruz, L.V.V., Pivari, M.O.D., Menini Neto, L., & Salimena, F.R.G. (2020). Montane seasonal wetlands: An inventory of its associated flora in Parque Estadual do Ibitipoca, southeast Brazil. Rodriguésia, 71. doi: 10.1590/2175-7860202071097.
[3] De Oliveira, P.E., Raczka, M., McMichael, C.N.H., Pinaya, J.L.D., & Bush, M.B. (2020). Climate change and biogeographic connectivity across the Brazilian cerrado. Journal of Biogeography, 47, 396-407. doi: 10.1111/jbi.13732.
[4] Didukh, Ya.P. (2011). The ecological scales for the species of Ukrainian flora and their use in synphytoindication. Kyiv: M.G. Kholodny Institute of Botany NAS of Ukraine.
[5] Didukh, Ya.P., & Plyuta, P.G. (1994). Phytoindication of ecological factors. Kyiv: Institute of Botany of the National Academy of Sciences of Ukraine.
[6] Dong, B., Zhou, Y., Jeppesen, E., Qin, B., & Shi, K. (2022). Six decades of field observations reveal how anthropogenic pressure changes the coverage and community of submerged aquatic vegetation in a eutrophic lake. Science of the Total Environment, 842, article number 156878. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.156878.
[7] Dubina, D.V., & Shelyag-Sosonko, Yu.R. (1984). Geographical structure of the flora of water bodies of Ukraine. Ukrainian Botanical Journal, 41(6), 1-7.
[8] Ellenberg, H., & Mueller-Dombois, D. (1967). A key to Raunkiaer plant life forms with revised subdivisions. Berlin: Berichte des Geobotanischen Institutes der Eidg. Techn. Hochschule Stiftung Rübel.
[9] Elo, M., Alahuhta, J., Kanninen, A., Meissner, K.K., Seppälä, K., & Mönkkönen, M. (2018). Environmental characteristics and anthropogenic impact jointly modify aquatic macrophyte species diversity. Frontiers in Plant Science, 9, article number 1001. doi: 10.3389/fpls.2018.01001.
[10] Fares, A.L.B., Calvão, L.B., Torres, N.R., Gurgel, E.S.C., & Michelan, T.S. (2020). Environmental factors affect macrophyte diversity on Amazonian aquatic ecosystems inserted in an anthropogenic landscape. Ecological Indicators, 113, article number 106231. doi: 10.1016/j.ecolind.2020.106231.
[11] Fedoniuk, T., Bog, M., Orlov, O., & Appenroth, K.J. (2022). Lemna aequinoctialis migrates further into temperate continental Europe – A new alien aquatic plant for Ukraine. Feddes Repertorium, 1-8. doi: 10.1002/fedr.202200001.
[12] Fedoniuk, R.H., Fedoniuk, T.P., Zimaroieva, A.A., Pazych, V.M., & Zubova, O.V. (2020). Impact of air born technogenic pollution on agricultural soils depending on prevailing winds in polissya region (NW ukraine). Ecological Questions, 31(1), 69-85. doi: 10.12775/EQ.2020.007.
[13] Fedoniuk, T.P., Fedoniuk, R.H., Romanchuk, L.D., Petruk, A.A., & Pazych, V.M. (2019). The influence of landscape structure on the quality index of surface waters. Journal of Water and Land Development, 43(1), 56-63. doi: 10.2478/jwld-2019-0063.
[14] Fedonyuk, T.P., Galushchenko, O.M., Melnichuk, T.V., Zhukov, O.V., Vishnevskiy, D.O., Zymaroieva, A.A., & Hurelia, V.V. (2020). Prospects and main aspects of the GIS-technologies application for monitoring of biodiversity (on the example of the Chornobyl Radiation-Ecological Biosphere Reserve). Space Science and Technology, 26(6), 75-93. doi: 10.15407/knit2020.06.075.
[15] Finlay, R.D., Mahmood, S., Rosenstock, N., Bolou-Bi, E.B., Köhler, S.J., Fahad, Z., Rosling, A., Wallander, H., Belyazid, S., & Bishop, K. (2020). Reviews and syntheses: Biological weathering and its consequences at different spatial levels – from nanoscale to global scale. Biogeosciences, 17, 1507-1533. doi: 10.5194/bg-17-1507-2020.
[16] Gil, L., Capó, X., Tejada, S., Mateu-Vicens, G., Ferriol, P., Pinya, S., & Sureda, A. (2020). Salt variation induces oxidative stress response in aquatic macrophytes: The case of the Eurasian water-milfoil Myriophyllum spicatum L. (Saxifragales: Haloragaceae). Estuarine, Coastal and Shelf Science, 239, article number 106756. doi: 10.1016/j.ecss.2020.106756.
[17] Google Earth. (n.d.). Retrieved from https://www.google.com.ua/intl/ru/earth/.
[18] Gurnell, A.M., Scott, S.J., England, J., Gurnell, D., Jeffries, R., Shuker, L., & Wharton, G. (2020). Assessing river condition: A multiscale approach designed for operational application in the context of biodiversity net gain. River Research and Applications, 36(8), 1559-1578. doi: 10.1002/rra.3673.
[19] Hájek, M., Dítě, D., Horsáková, V., Mikulášková, E., Peterka, T., Navrátilová, J., Jiménez-Alfaro, B., Hájková, P., Tichý, L., & Horsák, M. (2020). Towards the pan-European bioindication system: Assessing and testing updated hydrological indicator values for vascular plants and bryophytes in mires. Ecological Indicators, 116, article number 106527. doi: 10.1016/j.ecolind.2020.106527.
[20] Haq, S.M., Shah, A.A., Yaqoob, U., & Hassan, M. (2021). Floristic quality assessment index of the dagwan stream in Dachigam National Park of Kashmir Himalaya. Proceedings of the National Academy of Sciences India Section B – Biological Sciences, 91, 657-664. doi: 10.1007/s40011-021-01247-w.
[21] Hejny, S. (1960). Okologische characteristik der wasser und sumplpflanscn in den slovakischen Ticlcbcncn. Bratislava: SAV.
[22] Hu, G., Zeng, W., Yao, R., Xie, Y., & Liang, S. (2021). An integrated assessment system for the carrying capacity of the water environment based on system dynamics. Journal of Environmental Management, 295, article number 113045. doi: 10.1016/j.jenvman.2021.113045.
[23] Isaienko, V., Madzhd, S., Pysanko, Y., Nikolaiev, K., Bovsunovskyi, E., & Cherniak, L. (2019). Development of a procedure for determining the basic parameter of aquatic ecosystems functioning – environmental capacity. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(10), 21-28. doi: 10.15587/1729-4061.2019.157089.
[24] Joniak, T., Kuczyńska-Kippen, N., & Gąbka, M. (2017). Effect of agricultural landscape characteristics on the hydrobiota structure in small water bodies. Hydrobiologia, 793(1), 121-133. doi: 10.1007/s10750-016-2913-5.
[25] Kataki, S., Chatterjee, S., Vairale, M.G., Dwivedi, S.K., & Gupta, D.K. (2021). Constructed wetland, an eco-technology for wastewater treatment: A review on types of wastewaters treated and components of the technology (macrophyte, biofilm and substrate). Journal of Environmental Management, 283, article number 111986. doi: 10.1016/j.jenvman.2021.111986.
[26] Khan, K., Shah, G.M., Saqib, Z., Rahman, I.U., Haq, S.M., Khan, M.A., Ali, N., Sakhi, S., Aziz-ud-Din, Nawaz, G., Rahim, F., Rasheed, R.A., Al Farraj., D.A., & Elshikh, M.S. (2022). Species diversity and distribution of macrophytes in different wetland ecosystems. Applied Science, 12, article number 4467. doi: 10.3390/app12094467.
[27] Lin, Z., Zhong, C., Yu, G., Fu, Y., Guan, B., Liu, Z., & Yu, J. (2021). Effects of sediments phosphorus inactivation on the life strategies of Myriophyllum spicatum: Implications for lake restoration. Water, 13(15), article number 2112. doi: 10.3390/w13152112.
[28] Lindholm, M., Alahuhta, J., Heino, J., & Toivonen, H. (2021). Temporal beta diversity of lake plants is determined by concomitant changes in environmental factors across decades. Journal of Ecology, 109(2), 819-832. doi: 10.1111/1365-2745.13508.
[29] Meusel, H., & Jäger, E.J. (1989). Ecogeographical differentiation of the Submediterranean deciduous forest flora. Plant Systematics and Evolution, 162, 315-329.
[30] Meusel, H., Jäger, E.J., & Weinert, E. (1965). Vergleichende chorologie der zentraleuropaischen flora. Hamburg: Georg Fischer. doi: 10.1002/fedr.19941050520.
[31] O’Hare, M.T., Aguiar, F.C., Asaeda, T., Bakker, E.S., Chambers, P.A., Clayton, J.S., Elger, A., Ferreira, T.M., Gross, E.M., Gunn, I.D.M., Gurnell, A.M., Hellsten, S., Hofstra, D.E., Li, W., Mohr, S., Puijalon, S., Szoszkiewicz, K., Willby, N.J., & Wood, K.A. (2018). Plants in aquatic ecosystems: Current trends and future directions. Hydrobiologia, 812(1), 1-11. doi: 10.1007/s10750-017-3190-7.
[32] Orlov, O.O., Fedoniuk, T.P., Iakushenko, D.M., Danylyk, I.M., Kish, R.Y., Zymaroieva, A.А., & Khant, G.А. (2021). Distribution and ecological growth conditions of Utricularia australis R. br. in Ukraine. Journal of Water and Land Development, 48(1-3), 32-47. doi: 10.24425/jwld.2021.136144.
[33] Rajilesh, V.K., Anoop, K.P., Madhusoodanan, P.V., Ansari, R., & Prakashkumar, R. (2016). A Floristic analysis of the aquatic, Marshy & Wetland plants of Idukki District, Kerala. International Journal of Plant, Animal and Environmental Sciences, 6, 55-65.
[34] Rameshkumar, S., Radhakrishnan, K., Aanand, S., & Rajaram, R. (2019). Influence of physicochemical water quality on aquatic macrophyte diversity in seasonal wetlands. Applied Water Science, 9(1), 1-8. doi: 10.1007/s13201-018-0888-2.
[35] Reid, A.J., Carlson, A.K., Creed, I.F., Eliason, E.J., Gell, P.A., Johnson, P.T., Kidd, K.A., MacCormack, T.J., Olden, J.D., Ormerod, S.J., Smol, J.P., Taylor, W.W., Tockner, K., Vermaire, J.C., Dudgeon, D., & Cooke, S.J. (2019). Emerging threats and persistent conservation challenges for freshwater biodiversity. Biological Reviews, 94(3), 849-873. doi: 10.1111/brv.12480.
[36] Roth, N., Zoder, S., Zaman, A.A., Thorn, S., & Schmidl, J. (2020). Long-term monitoring reveals decreasing water beetle diversity, loss of specialists and community shifts over the past 28 years. Insect Conservation and Diversity, 13(2), 140-150. doi: 10.1111/icad.12411.
[37] Sand-Jensen, K., Bruun, H.H., & Baastrup-Spohr, L. (2017). Decade-long time delays in nutrient and plant species dynamics during eutrophication and re-oligotrophication of Lake Fure 1900-2015. Journal of Ecology, 105(3), 690-700. doi: 10.1111/1365-2745.12715.
[38] State Agency of Water Resources of Ukraine. (n.d.). Retrieved from https://buvrzt.gov.ua/yakist.html.
[39] Szpakowska, B., Świerk, D., Pajchrowska, M., & Gołdyn, R. (2021). Verifying the usefulness of macrophytes as an indicator of the status of small waterbodies. Science of the Total Environment, 798, article number 149279. doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.149279.
[40] Tanwir, K., Javed, M.T., Shahid, M., Akram, M.S., Haider, M.Z., Chaudhary, H.J., Ali, Q., & Lindberg, S. (2020). Ecophysiology and stress responses of aquatic macrophytes under metal/metalloid toxicity. In Plant ecophysiology and adaptation under climate change: Mechanisms and perspectives I (pp. 485-511). Singapore: Springer. doi: 10.1007/978-981-15-2156-0_16.
[41] Ukrainian Hydrometeorological Center. (n.d.). Retrieved from https://www.meteo.gov.ua/.
[42] Vardanyan, L., & De, J. (2021). Potential of aquatic macrophytes in phytoremediation of heavy metals: A case study from the Lake Sevan Basin, Armenia. In Rhizomicrobiome Dynamics in Bioremediation (pp. 407-419). Boca Raton: CRC Press.
[43] Vestergaard, O., & Sand-Jensen, K. (2000). Aquatic macrophyte richness in Danish lakes in relation to alkalinity, transparency, and lake area. Journal of Fisheries and Aquatic Science, 57, 2022-2031. doi: 10.1139/cjfas-57-10-2022.
[44] Xu, D., Xia, Y., Li, Z., Gu, Y., Lou, C., Wang, H., & Han, J. (2020). The influence of flow rates and water depth gradients on the growth process of submerged macrophytes and the biomass composition of the phytoplankton assemblage in eutrophic water: An analysis based on submerged macrophytes photosynthesis parameters. Environmental Science and Pollution Research, 27(25), 31477-31488. doi: 10.1007/s11356-020-09404-w.