Меню

Концентрация хлорофилла в озере

Концентрация хлорофилла в озере

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина Российской академии наук

КЛАССИФИКАЦИЯ ВОДОЕМОВ ПО УРОВНЮ ИХ ТРОФИИ

Уровень биологической продуктивности лежит в основе типизации водоемов по уровню трофии. Трофический тип водоема — это интегральная характеристика, определяемая множеством взаимосвязанных физико-химических и биологических процессов. Определение трофического статуса включает использование комплексов признаков, дополняющих друг друга. Уровень биологической продуктивности озер всегда связан с определенными лимнологическими характеристиками того или иного трофического типа, а также с характером водосбора, особенностями гидрографической сети, притоком тепла и другими компонентами, объединенными в единую систему как внутри водоема, так и в системе » водосбор-озеро».

Однако возможно определение трофического типа водоема по небольшому числу показателей и даже одному — наиболее информационному — величине первичной продукции как мере интенсивности процесса новообразования органического вещества (основы трофической пирамиды).

В истории лимнологии можно выделить несколько этапов в развитии типологического направления:

1-ый этап — 20-30-е годы Тинеман и Науман предложили выделить 3 типа озер: олиготрофный, эвтрофный и дистрофный. Они показали, что уровень биологической продуктивности (трофии) тесно связан с абиотическими факторами, географическим положением водоема и характером водосбора (субальпийский тип и балтийский тип). Классификация Тинемана определяют как экологическую, т.к. трофический тип строится на связи биологических показателей с абиотическими факторами (глубина, цветность, прозрачность водоема, наличие гиполимниального (придонного) кислорода, рН, биогены и др.).

Олиготрофный водоем — содержит незначительное количество биогенных веществ, имеют высокую прозрачность, низкую цветность, большую глубину. Развитие фитопланктона слабое. Содержание кислорода лишь немного отклоняется от его нормального насыщения. В водоеме преобладают пастбищные трофические цепи, микроорганизмов мало и цепи разложения выражены слабо.

Эвтрофный водоем — при большей минерализации и повышенном содержании биогенных веществ происходит интенсивное развитие фитопланктона. Низкая прозрачность. В верхних слоях часто возникает избыток кислорода, а у дна — значительный недостаток. Все больше приобретает значение детритные и редуцентные цепи. Они становятся единственными в условиях дефицита кислорода и обилия мертвого органического вещества.

Дистрофный водоем — низкая минерализация, незначительное количество биогенных веществ, обильное содержание гумусовых веществ. Водный гумус состоит из труднорастворимых гуминовых кислот и составляет основную массу растворенного органического вещества в водоемах. Низкое развитие фитопланктона. Растворенное органическое вещество составляет 90-98% и лишь 2-10 % представлено в форме живых организмов и детрита.

Мезотрофный тип — промежуточный тип между олиготрофным и эвтрофным.

Существенным недостатком этой типизации является отсутствие данных о гумификацированных озерах, переходящих из олигогумозных (светлых) в мезогумозные и полигумозные (темные) типы. Это еще подметил Оле (1934), что шведские дистрофные озера — олиготрофные, а в Германии — эвтрофные. Руттнер (1952) также указывал, что среди гумозных озер встречаются эвтрофные. Ернефельт (1958) установил, что дистрофия — не новая категория, которую можно сравнить с 2-мя типами эвтрофным и олиготрофным, а дополнительная. Эвтрофные озера могут быть дистрофными и недистрофными, и олиготрофные- тоже. Берг (1956) указывал, что дистрофный тип фундаментально отличается от других типов водоемов.

В природе нет таких четких градаций и много переходных типов. В природе глина встречается с песком, но это не значит, что не существует отдельно песок и глина. Роде (1942) писал, что главная характеристика дистрофного озера — коричневая вода, содержащая ацидный гумус и торфянистые илы. Это — высокоцветные озера. Уровень цветности также зависит от величины рН. С повышением цветности увеличивается рН, как показал Оле (1934).

Hansen (1962) предлагает в качестве критерия для типизации вод соотношение углерода и азота в донных отложениях. Из почвоведения известно, что если C:N>10, то почвы содержат кислый гумус. Если в озерах в донных отложениях C:N>10, то озеро более дистрофное.

Функционирование дистрофных гумифицированных водоемов в значительной степени определяется количеством энергии, поступающей извне с аллохтонным органичеким веществом. Структура биоценозов здесь упрощена, в трофических связях преобладают детритно-бактериальные цепи питания. По-видимому, типизацию этой группы следует строить на основе специфики круговорота органического вещества и трофических связей, которые складываются в условиях чрезвычайно низкой интенсивности новообразования автотрофного органического вещества. Это новое перспективное направление в лимнологии.

2-ой этап — 50-60-е годы. Известный лимнолог Оле (1955) предложил новую концепцию трофической типизации озер, поддержанную Эльстером, Роде, Винбергом. Она основана на оценке интенсивности круговорота органического вещества. При этом функциональным показателем является величина первичной продукции фитопланктона и концентрация хлорофилла в воде, между которыми существует прямая корреляция. На этой основе появились первые количественные шкалы, дополненные позже величинами биомассы фитопланктона. Подход был назван продукционно-биологическим или балансовым, основанным на соотношении величин продукции (А) и деструкции (R), предложенный Винбергом еще в 30-е годы. В это время он не привлек еще должного внимания, но в 60-е годы занял свое место. В основе балансового подхода лежит общая биоактивность, оценивающая функционирование водоема в целом. Мерой биоактивности служит «удельная продуктивность», т.е. сумма всех биогенных превращений органического вещества (A+R) в единицу времени на единицу площади.

Классификации, построенные на продукционно-биологической основе, дают возможность не только определить трофический статус водоема по шкалам, но и оценить динамику его состояния, что очень актуально в современной экологической ситуации. Служба мониторинга, используя количественные функциональные показатели, имеет возможность следить за незначительными изменениями в экосистемах даже в пределах одного трофического типа. Границы между отдельными типами, определяемыми по предложенным показателям, условны. Ряд авторов предложили более дробную классификацию, выделяя ультраолиготрофные и гиперэвтрофные типы или разделяя каждый тип на 2 группы.

3 этап — можно назвать современным. Концепции системной экологии, рассматривающей водоем как единое целое, как организованную систему, в которой тесно взаимосвязаны все ее элементы, позволили сделать значительный шаг в развитии типологического направления. Среди большого числа показателей заметное место стали занимать интегральные. Появились новые классификационные шкалы, в том числе нумерические, предложенные Карлсоном (1977). В основу расчетов трофического индекса Карлсона (TSI) положены тесные корреляции между параметрами водной среды — прозрачностью, концентрации хлорофилла воде и содержанием общего фосфора.

TSI = 10 (6 -log2 SD), где SD -прозрачность

Трофический индекс и связанные с ним параметры (по Carlson, 1977)

Источник



Максимум глубокого хлорофилла — Deep chlorophyll maximum

Глубоко хлорофилл максимум (ДХМЫ), также называемый максимальным хлорофилл подповерхностного, является областью ниже поверхности воды с максимальной концентрацией хлорофилла . DCM присутствует не всегда — иногда на поверхности больше хлорофилла, чем на большей глубине, — но это общая черта большинства водных экосистем, особенно в регионах с сильной термической стратификацией . Глубина, толщина, интенсивность, состав и стойкость DCM широко варьируются. DCM обычно существует на той же глубине, что и нутриковая линия , область океана, где с глубиной происходит наибольшее изменение концентрации питательных веществ.

Обычный способ определения DCM — использование розетки CTD , подводного инструмента, который измеряет различные параметры воды на определенных глубинах. Расположение и формирование DCM зависит от множества факторов, таких как потребности в питании местных организмов и доступность света. Некоторые организмы адаптировались к более низким уровням света за счет увеличения количества клеточного хлорофилла, а другие адаптировались за счет вертикальной миграции с различными уровнями питательных веществ и света. Видовой состав DCM зависит от химического состава воды, местоположения, сезонности и глубины. Различия в видовом составе DCM не только между океанами и озерами, но и в разных океанах и озерах. Поскольку DCM обеспечивает большую часть первичной продуктивности в мире, он играет важную роль в круговороте питательных веществ, потоке энергии и биогеохимических циклах.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Измерения
  • 2 Расположение и формирование
    • 2.1 Абиотические факторы
    • 2.2 Биотические факторы
      • 2.2.1 Адаптация к уровню освещенности
      • 2.2.2 Вертикальная миграция
  • 3 Состав
    • 3.1 Океаны
    • 3.2 Озера
      • 3.2.1 Озеро Верхнее
      • 3.2.2 Озеро Тахо
      • 3.2.3 Озера Андского региона Северной Патагонии
  • 4 Экологические последствия
  • 5 ссылки

Измерения

DCM часто располагается на десятках метров ниже поверхности и не может быть обнаружен с помощью традиционных спутниковых методов дистанционного зондирования. Оценки первичной продуктивности часто производятся с помощью этих методов дистанционного зондирования в сочетании со статистическими моделями, хотя эти статистические расчеты могут не точно включать производство в DCM. DCM в исследуемой области может быть определен на месте с помощью подводного инструмента ( розетка CTD с металлическими бутылками) для измерения различных параметров, таких как соленость (включая растворенные питательные вещества), температура, давление и флуоресценция хлорофилла . Собранные пробы воды можно использовать для определения количества клеток фитопланктона . Эти измерения затем могут быть преобразованы в концентрации хлорофилла, биомассу фитопланктона и продуктивность фитопланктона. Другой способ оценить первичную продуктивность в DCM — создать симуляцию формирования DCM в регионе путем создания 3D-модели региона. Это можно сделать, если для этого района океана существует достаточное количество гидродинамических и биогеохимических данных.

Читайте также:  Индия по ту сторону озера

Расположение и формирование

С момента его первоначального открытия океанографы представили различные теории, объясняющие образование глубоких максимумов хлорофилла.

Абиотические факторы

Исследования на месте определили, что глубина образования DCM в первую очередь зависит от уровней ослабления света и глубины нутриклина, хотя термическая стратификация также играет роль. В озерах толщина слоя DCM в основном определяется размерами и максимальной глубиной озер.

DCM образуется около нутриклина и дна фотической зоны. Рост фитопланктона в DCM ограничен как питательными веществами, так и доступностью света, поэтому либо повышенное поступление питательных веществ, либо повышенная доступность света DCM, в свою очередь, может увеличить скорость роста фитопланктона.

Расположение и формирование DCM также зависит от сезона. В Средиземном море DCM присутствует летом из-за стратификации воды и редко встречается зимой из-за глубокого перемешивания. DCM может присутствовать на более мелких глубинах зимой и ранней весной из-за ограничения света и большей доступности питательных веществ в более мелководных регионах из-за перемешивания, а также на более низких глубинах летом и ранней осенью, поскольку питательные вещества в поверхностных водах истощаются первичными продуцентами. а более сильное излучение позволяет свету проникать на большую глубину.

Биотические факторы

Формирование DCM коррелирует с рядом биологических процессов, влияющих на круговорот питательных веществ для местных гетеротрофных бактерий и состав специализированного фитопланктона.

Адаптация к уровню освещенности

Было показано, что факторы ослабления света вполне предсказывают глубину DCM, поскольку фитопланктон, присутствующий в этом регионе, требует достаточного количества солнечного света для роста, что приводит к DCM, который обычно встречается в эвфотической зоне . Однако, если популяция фитопланктона адаптировалась к условиям более низкой освещенности, DCM также может располагаться в афотической зоне . Высокая концентрация хлорофилла в DCM обусловлена ​​большим количеством фитопланктона, который приспособился к работе в условиях низкой освещенности.

Было обнаружено, что для адаптации к условиям низкой освещенности некоторые популяции фитопланктона имеют повышенное количество хлорофилла на клетку, что способствует образованию DCM. Вместо увеличения общего числа клеток, сезонное ограничение света или низкие уровни освещенности могут повысить содержание хлорофилла в отдельных клетках. В увеличении глубины в пределах смесительной зоны, фитопланктон должен полагаться на имеющей более высокие отсчеты пигмента (хлорофилл) , чтобы захватить фотическую энергию. Из-за более высокой концентрации хлорофилла в присутствующем фитопланктоне DCM не предсказывает глубину максимума биомассы в том же регионе.

Кроме того, по сравнению с более мелкими участками зоны смешивания, DCM имеет высокие концентрации питательных веществ и / или более низкий уровень респираторной, пастбищной и смертности, что дополнительно способствует производству клеток фитопланктона.

Вертикальная миграция

Вертикальная миграция или перемещение фитопланктона в толще воды способствует установлению DCM из-за разнообразия ресурсов, необходимых для фитопланктона. В зависимости от таких факторов, как питательные вещества и доступный свет, некоторые виды фитопланктона намеренно перемещаются на разную глубину для удовлетворения своих физиологических потребностей. Механизм, используемый определенным фитопланктоном, таким как определенные виды диатомовых водорослей и цианобактерий , заключается в регулировании их собственной плавучести при перемещении через толщу воды. Другие виды, такие как динофлагелляты, используют свои жгутики, чтобы проплыть на желаемую глубину. Это преднамеренное перемещение фитопланктона способствует формированию DCM в районах, где эти виды составляют значительную часть сообщества фитопланктона. Обычно эти виды больше по размеру и не встречаются в значительном количестве в бедных питательными веществами регионах, поэтому эти физиологические аспекты фитопланктона меньше способствуют образованию DCM в олиготрофных водах.

В озерах толщина DCM показывает положительную корреляцию с размерами озер. Однако из-за большого разнообразия озер не существует постоянного фактора для света и температуры, который можно было бы использовать для прогнозирования глубины DCM для разных типов озер.

Состав

Состав микроорганизмов, присутствующих в DCM, значительно варьируется в зависимости от географического положения, сезона и глубины.

Виды фитопланктона, присутствующие в DCM, меняются с глубиной из-за различной дополнительной пигментации . У некоторых видов фитопланктона есть дополнительные пигменты , соединения, которые адаптировали их для сбора световой энергии от определенных длин волн света даже в областях с низким проникновением света. Чтобы оптимизировать сбор световой энергии, фитопланктон будет перемещаться на определенные глубины, чтобы получить доступ к разным длинам волн видимого света.

Различия в составе фитопланктона между слоем эпилимниона и DCM одинаковы для нескольких водоемов. DCM имеет тенденцию содержать больше жгутиковых организмов и криптофитов , в то время как слой эпилимниона имеет тенденцию иметь большую концентрическую численность диатомовых водорослей .

Океаны

В Северо-Западном Средиземноморье наиболее многочисленны фитопланктоны — кокколитофориды , жгутиконосцы и динофлагелляты . Юго-Восточное Средиземноморье имеет аналогичный состав, где кокколитофориды и монады (нано- и пикопланктон ) составляют большую часть сообщества фитопланктона в DCM.

В Индийском океане наиболее многочисленным фитопланктоном, присутствующим в DCM, являются цианобактерии , прохлорофиты , кокколитофориды, динофлагелляты и диатомовые водоросли.

В Северном море динофлагелляты являются основными видами фитопланктона, присутствующими в DCM на уровне и ниже пикноклина . В более мелких частях DCM — выше пикноклина, присутствуют также динофлагеллаты, а также нанофлагеллаты.

Озера

Озеро Верхнее

DCM чистой стратифицированной воды обычно находится ниже эпилимниона . Озеро Верхнее — одно из крупнейших пресноводных озер в мире, и летом его DCM колеблется от примерно 20 м до 35 м ниже поверхности. Хотя эпилимнион и DCM являются соседними слоями воды, видовой состав эпилимниона и DCM почти полностью различается. Эти различия включают присутствие менее центрических диатомовых водорослей, большего количества пеннатных диатомовых водорослей , криптофитов и пиррофитов в DCM по сравнению с слоем эпилимниона. Кроме того, наиболее существенное различие между этими двумя слоями — это обилие Cyclotella comta , которого гораздо меньше в DCM.

Гораздо больше сообщества ДХМ жгутиковые (например cryptophytes и pyrrophytes) по сравнению с тем эпилимнионом. Поскольку жгутиковые виды лучше плавают, это может объяснить, как они могут находиться на желаемой глубине, DCM. Еще одним фактором развития DCM является доступность питательных веществ. Было обнаружено, что DCM имеет более низкое отношение твердых частиц органического углерода (POC) к фосфору (P), чем эпилимнион. Поскольку фосфор является одним из ограничивающих факторов роста, особенно в озере Верхнее в стратифицированное время, это явление может указывать на то, что фитопланктон в DCM более обогащен фосфором, чем в эпилимнионе. Более высокая доступность фосфора, возможно, позволила большему количеству фитопланктона предпочесть DCM даже при меньшем количестве света по сравнению с эпилимнионом. С другой стороны, тот факт, что DCM имеет более низкую доступность света, может использоваться, чтобы утверждать, что более низкое соотношение POC: P связано с ограничением света, а не с повышенными концентрациями питательных веществ (P).

озеро Тахо

В озере Тахо DCM уникален, так как глубина региона намного ниже, чем обычно, и составляет около 90-110 метров от поверхности. Обычно DCM находятся близко под термоклином, который присутствует примерно на 30-40 метрах. Озеро Тахо представляет собой градиент хлорофилла, подобный градиенту олиготрофных областей, так что глубина региона зависит от сезонных колебаний. Из-за этих временных сдвигов, особенно между весной и летом, сообщества фитопланктона озера Тахо претерпевают явные изменения. В весенние месяцы DCM совпадает с верхней поверхностью нитраклина, что делает воду богатой питательными веществами для роста диатомовых водорослей Cyclotella striata и криофитов Dinobryon bavaricum . В летние месяцы DCM углубляется, и продуктивность в слое почти становится полностью зависит от света. Подобно структурам хлорофилла, обнаруживаемым в океанах, DCM становится невероятно текучим и изменчивым, так что некоторые виды фитопланктона (диатомеи Synedra ulna, Cyclotella comta и зеленые жгутиковые ) начинают доминировать, несмотря на отсутствие в период весенней продуктивности.

В целом сообщества фитопланктона между эпилимнионом и DCM в озере Тахо различаются по размеру. Оба региона богаты диатомовыми водорослями; мелкие диатомеи (объем клеток = 30,5 мкм³), такие как Cyclotella stelligera, Synedra radians, составляют большинство в эпилимнионе, в то время как более крупные диатомеи (объем клеток = 416,3 мкм³), такие как C.ocellata, Stephanodiscus alpinus, Fragilaria crotonensis, доминируют в DCM.

Озера Андского региона Северной Патагонии

Озера Андского региона Северной Патагонии можно разделить на более крупные и более глубокие озера и мелкие мелкие озера. Хотя эти озера находятся в одном регионе, они имеют разные условия, приводящие к разному составу видов DCM. Большие глубокие озера ультраолиготрофны, так как они очень прозрачны и содержат низкий DOC и питательные вещества. В отличие от однородного термического профиля более мелких озер, более глубокие озера испытывают сильную термическую стратификацию в конце весны и летом. Два типа озер также различаются коэффициентом ослабления света : он ниже в прозрачных более глубоких озерах, что означает, что больше света может проникнуть.

Читайте также:  Одно из крупнейших озер таймыра кроссворд

Таким образом, основное различие между двумя типами озер, которое, как было установлено, способствовало развитию сообщества DCM, — это легкий климат. Было обнаружено, что мелкие озера содержат более высокие концентрации растворенных желтых частиц, чем более глубокие озера. В результате для более глубоких озер длины волн с максимальным поглощением приходились в основном на красный конец спектра, тогда как для мелких озер помимо красного наблюдались длины волн поглощения зеленого и синего цветов.

В DCM области больших глубоких озер, то миксотрофные реснитчатые Ophrydium naumanni были доминирующими. Их фототрофные способности происходят от их эндосимбиотических водорослей Chlorella , которые являются сильными конкурентами в условиях плохого освещения. Кроме того, инфузории могут подвергаться фаготрофии для получения других необходимых элементов. В более мелких озерах обнаружено отсутствие O. naumanni , вероятно, из-за более высокого уровня конкуренции с фитопланктоном и интенсивности турбулентности.

Экологические последствия

DCM играет важную экологическую роль в обеспечении большей части первичного мирового производства и в круговороте питательных веществ. В олиготрофных водах, таких как Северное море и Средиземное море, DCM — это то место, где более половины общей первичной продукции происходит за счет роста фитопланктона. Высокая скорость первичной продукции в DCM способствует круговороту питательных веществ до более высоких трофических уровней в смешанном слое. DCM образуется на той же глубине, что и нуриклина, поэтому фитопланктон в DCM может получать доступ к питательным веществам, поступающим из глубин океана. Фитопланктон в DCM может затем циркулировать по водной толще, обеспечивая питательные вещества для гетеротрофов в смешанном слое.

Поскольку среда DCM играет фундаментальную роль в первичной продуктивности, она может быть связана со многими аспектами взаимодействия водных хищников и жертв, потоков энергии и биомассы и биогеохимических циклов. Значительный экспорт органического материала из водной толщи происходит из-за DCM, поскольку гетеротрофы потребляют фитопланктон в DCM, а фекальные массы травоядных опускаются в глубину океана. DCM является важным источником продовольствия для вторичных производителей, так как он имеет относительно высокую концентрацию первичных производителей в одном регионе водной толщи. Это упрощает и ускоряет поиск и употребление фитопланктона для травоядных, что, в свою очередь, увеличивает скорость движения энергии по трофическим уровням .

Источник

Характеристика трофического статуса Горьковского и Чебоксарского водохранилищ по показателю хлорофилл «а» фитопланктона в 2014 году

Чувашия Чебоксары Водохранилища

Характеристика трофического статуса Горьковского и Чебоксарского водохранилищ по показателю хлорофилл «а» фитопланктона в 2014 году

Нижегородская лаборатория ФГБНУ ГосНИОРХ, Нижний Новгород

Исследование формирования биологической продуктивности водных экосистем и оценки качества природной среды остаются актуальными на протяжении последних десятилетий. В этой связи очевидна необходимость поиска соответствующих показателей, обладающих высокой степенью информативности с одной стороны и определяемых оперативностью с другой. В полной мере всем этим требованиям отвечают растительные пигменты, которые образуются в клетках фитопланктона (Минеева, 2004).

Хлорофилл как уникальное оптически активное вещество растительной клетки широко применяется для характеристики степени развития и функционирования фитопланктона. Содержание хлорофилла в клетках является важной экологической характеристикой растительных сообществ. Инструментальный метод определения дает возможность получать большие массивы достаточно точных данных и использовать хлорофилл для оценки пространственного распределения фитопланктона.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В вегетационный период 2014 г. в поверхностных водах Горьковского и Чебоксарского водохранилищ были проведены определения концентрации хлорофилла а фитопланктона (SCOR-UNESCO, 1966; ГОСТ 17.1.04.02.90. 1990; Руководство. 1992). Определение уровня трофности проводилось по шкале трофности, приводимой (2007).

Шкала для оценки трофности водоемов по содержанию хлорофилла «а» (мг/м3)

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Горьковское водохранилище. Концентрации хлорофилла в фитопланктоне Горьковского водохранилища изменялись в пределах 1.69 – 155.16 мг/дм3, при среднем значении за период наблюдений 37.07. Всего было отобрано 34 пробы с 12 створов водохранилища. Эти данные не противоречат многолетним данным с соавт. (2008) в Горьковском водохранилище. По данным авторов содержание хлорофилла составляло 36,3 мг/м3 для 15 станций.

По классификации (2007) для водных объектов озерного типа трофический статус Горьковского водохранилища по среднему содержанию хлорофилла а может быть оценен как β-евтрофный (табл. ). Выявлены участки водохранилища с разными уровнями трофности. Наибольшими концентрациями хлорофилла а характеризуется Приплотинный отдел (табл. 1 ).

Таблица 1. – Трофический статус Горьковского водохранилища

по содержанию хлорофилла а (данные за 2014 г.)

Хлорофилл а, мг/м3

Из табл. 1, можно увидеть, что коэффициенты вариации показателей больше 33,3%. Если данный показатель не превышает 33,3%, вариация признака считается слабой, а если больше 33,3% — сильной. В случае сильной вариации изучаемая статистическая совокупность считается неоднородной, а средняя величина – нетипичной, поэтому ее нельзя использовать как обобщающий показатель этой совокупности. Нижним пределом коэффициента вариации считается ноль, верхнего предела не существует. Однако вместе с увеличением вариации признака увеличивается и его значения. Подробнее: http://www. kakprosto. ru/kak-93158-kak-rasschitat-koefficient-variacii#ixzz3DlWpu3Wn.

Средняя за период наблюдения концентрация хлорофилла а в фитопланктоне за вегетационный период 2014 г. по Горьковскому водохранилищу составила 37,07±6,43 мг/м3. Максимальная концентрация хлорофилла зафиксирована в водохранилище в 2010 году. Год, когда лето было аномально жарким (рис. 1).

Рис. 1. Концентрация хлорофилла а на Горьковском водохранилище за период 2007-2014 годы

Кроме зеленых пигментов водоросли содержат большой набор каротиноидов. Из-за разнообразия состава и спектральных свойств каротиноидов фитопланктона надежные методы их количественного определения в общем экстракте отсутствуют. Для суждения о вкладе этих пигментов в поглощение света водорослями используют отношение D430/D663 — пигментный индекс Маргалефа (Руководство. 1992), отношение оптической плотности экстракта в синей и красной областях спектра (Talling. 1966). При 663-664 нм свет поглощается только хлорофиллом, при 430-480 нм преимущественно каротиноидами (Минеева. 2004). В экологических исследованиях соотношение желтых и зеленых пигментов служит показателем состояния фитопланктонного сообщества. Существует мнение, что относительное увеличение каротиноидов указывает на дефицит азота в клетках водорослей (Watson. Osborn. 1979), действия на них избыточного освещения (Talling. 1966) или самозатенения (Reynolds. 1984), пресс растительноядного зоопланктона (Пырина. 1966).

Пигментный индекс (ПИ) (Е430/Е663), или индекс Маргалефа варьировал в пределах 0.70 – 8.97 при среднем значении 2.60. Считается, что повышение ПИ свидетельствует об ухудшении «физиологического» состояния фитопланктона и увеличении его пигментного разнообразия (Бульон, 1983; Ермолаев, 1989; Минеева, 2004). Такое повышение ПИ нами наблюдалось в Верхнеречном отделе водохранилища (табл. ).

Таким образом, трофический статус Горьковского водохранилища в 2014 году β-евтрофный, а незначительное ухудшение условий окружающей среды по пигментным индексам отмечается в Верхнеречном отделе водохранилища.

Чебоксарское водохранилище. Концентрации хлорофилла в фитопланктоне Чебоксарского водохранилища изменялись в пределах 0.07 – 75.00 мг/м3. Всего было отобрано 36 проб с 13 створов водохранилища.

Уровень биологической продуктивности лежит в основе типизации водоемов по уровню трофии. Трофический тип водоема — это интегральная характеристика, определяемая множеством взаимосвязанных физико-химических и биологических процессов. Определение трофического статуса включает использование комплексов признаков, дополняющих друг друга. Уровень биологической продуктивности озер всегда связан с определенными лимнологическими характеристиками того или иного трофического типа, а также с характером водосбора, особенностями гидрографической сети, притоком тепла и другими компонентами, объединенными в единую систему как внутри водоема, так и в системе » водосбор-озеро».

Так, по классификации (2007) для водных объектов озерного типа трофический статус Чебоксарского водохранилища по среднему содержанию хлорофилла а может быть оценен как α-евтрофный (табл. ). Выявлены участки водохранилища с разными уровнями трофности. Максимальную продукцию (по показателю хлорофилла а) создает Приплотинный отдел Чебоксарского водохранилища (табл. 2).

Таблица 2. – Трофический статус Чебоксарского водохранилища

по содержанию хлорофилла а (данные за 2014 г.)

Хлорофилл а, мг/м3

Из табл. 2, можно увидеть, что коэффициенты вариации показателей в основном больше 33,3%. Таким образом, вариации показателя хлорофилла такие же сильные, как и на Горьковском водохранилище. Средняя за период наблюдения концентрация хлорофилла а в фитопланктоне за вегетационный период 2014 г. по Чебоксарскому водохранилищу составила 17.40±2.60 мг/м3 (рис. 1). Максимальная концентрация пигмента в водохранилище была отмечена в 2012 году. По данным с соавт. (2008) средняя концентрация хлорофилла для 30 станций составила 18,8±4,5 мг/м3.

Рис. 1. Концентрация хлорофилла а на Чебоксарском водохранилище за период 2005-2014 годы

Распределение концентрации хлорофилла а в течении вегетационного сезона 2014 года на Чебоксарском водохранилище представлено на рис. 2.

Изменение концентрации хлорофилла в течении июня-сентября было от 2,34 до 20,39 мг/м3 соответственно. В августе содержание хлорофилла а составляла 23,51 мг/м3, что не противоречит многолетним данным (1989-1992 гг.) Минеевой с соавт. (2008) – 19,8±1,7 мг/м3. Концентрации хлорофилла а нарастают от весны к лету, достигая максимума в августе.

Читайте также:  Карта каслинского района челябинской области с озерами

Рис. 2. Распределение концентрации хлорофилла а в течение вегетационного периода на Чебоксарском водохранилище в 2014 году

На рис. 2, видно, что максимальная продукция водохранилища, определяемая по концентрации хлорофилла а образуется в августе.

Известно, что в верхних слоях водоросли испытывают фотоингибирование. Переходя в зону оптимума и ниже, где ощущается дефицит света (нефотическая зона), водоросли, вероятно, «освобождают» фотосинтетический аппарат от избытка продуктов фотосинтеза, накопление которых по законам сенсорной регуляции и является одной из причин эффектов фотоингибирования. Циркуляция диатомовых водорослей из фотической зоны в нефотическую и наоборот при высоком уровне освещенности и стимулирует КПД фотосинтеза.

Кроме зеленых пигментов водоросли содержат большой набор каротиноидов. Из-за разнообразия состава и спектральных свойств каротиноидов фитопланктона надежные методы их количественного определения в общем экстракте отсутствуют. Для суждения о вкладе этих пигментов в поглощение света водорослями используют отношение D430/D663 — пигментный индекс Маргалефа (Руководство. 1992), отношение оптической плотности экстракта в синей и красной областях спектра (Talling. 1966). При 663-664 нм свет поглощается только хлорофиллом, при 430-480 нм преимущественно каротиноидами (Минеева. 2004). В экологических исследованиях соотношение желтых и зеленых пигментов служит показателем состояния фитопланктонного сообщества. Существует мнение, что относительное увеличение каротиноидов указывает на дефицит азота в клетках водорослей (Watson. Osborn. 1979), действия на них избыточного освещения (Talling. 1966) или самозатенения (Reynolds. 1984), пресс растительноядного зоопланктона (Пырина. 1966). Пигментный индекс (ПИ), или индекс Маргалефа варьировал в пределах 0.56 – 9.06 при среднем значении 2.73±0.27. По нашим данным отношение D430/D663 в районе г. Балахна (Верхнеречной участок водохранилища) аномально высокое 9.06, в это же время отмечалось здесь низкое содержание хлорофилла а. Такое увеличение ПИ обычно свидетельствует об ухудшении физиологического состояния фитопланктона (Минеева, 2004), а следовательно об ухудшении условий окружающей среды в Верхнеречном отделе водохранилища (табл. ).

Таким образом, трофический статус Чебоксарского водохранилища в 2014 году можно охарактеризовать как α-евтрофный, а по пигментному индексу Верхнеречной отдел наиболее «напряженный» по условиям окружающей среды.

3. Анализ создания первичной продукции водохранилищ Средней Волги

Результаты анализа дают основание предполагать, что фитопланктон двух сопредельных водохранилищ Средней Волги, различающихся проточностью, структурой водных масс и степенью антропогенной нагрузки, по-разному реагируют на внешнее воздействие.

Для выявления наиболее общих тенденций развития первичной продукции в водохранилищах, измеряемой по концентрации хлорофилла, использовали линейные модели временных рядов. Выявлено, что первичная продукция Чебоксарского водохранилища, определенная по концентрации хлорофилла за период 2005-2014 гг. не обнаруживает какой-либо выраженной многолетней тенденции; коэффициент детерминации линии тренда близок к нулю (R2=0.006; p=0.82). Этот факт может свидетельствовать об относительной стабильности производства первичной продукции фитопланктоном Чебоксарского водохранилища, что возможно связано с высоким водообменном водохранилища.

Напротив, для Горьковского водохранилища развитие первичной продукции фитопланктона характеризуется положительным трендом, со средней ежегодной прибылью концентрации хлорофилла 4,13 мг/м3 (рис. 3).

Рис. 3. Ежегодная динамика первичной продукции фитопланктона по концентрации хлорофилла а на Горьковском водохранилище

Коэффициент детерминации (R2) трендовой модели составляет 0,51 при уровне значимости р=0,04. Иными словами, на долю положительного тренда приходится 51% вариации первичной продукции за рассматриваемый период. В этом случае, возможно, это связано с более низким водообменном на Горьковском водохранилище.

В вегетационный период 2014 г. уровень развития фитопланктона и характер его распределения по акватории в Горьковском и Чебоксарском водохранилищах были типичными для обоих исследуемых водоёмов. По содержанию хлорофилла оба водохранилища, трофический статус которых не изменялся по литературным и нашим данным, характеризуется как эвтрофные. В обоих водохранилищах выделяются политрофными трофическими статусами приплотинные отделы. Устойчивое автотрофное сообщество Горьковского водохранилища характеризуется положительным многолетним трендом, со средней ежегодной прибылью концентрации хлорофилла 4,13 мг/м3. Это явление связано лишь 51% объясненной вариации хлорофилла в фитопланктоне.

первичная продукция планктона внутренних водоёмов. Л.: Наука, 1983. 150 с.

ГОСТ 17.1.04.02.90. Вода. Методика спектрофотометрического определения хлорофилла «а». М.. 1990.

Ермолаев водоемов бассейна озера Сартлан. Новосибирск: Наука, 1989. 96 с.

Китаев лимнологии для гидробиологов и ихтиологов. Петрозаводск. 2007. 395 с.

Минеева пигменты в воде Волжских водохранилищ. М.: Наука. 2004. 156 с.

, , Кочеткова хлорофилла и факторы его пространственного распределения в водохранилищах Средней Волги // Биология внутренних вод, 2008, № 1. С. 68-77.

Пырина продукция фитопланктона в Иваньковском. Рыбинском и Куйбышевском водохранилищах в зависимости от некоторых факторов // Продуцирование и круговорот органического вещества во внутренних водоемах. М.; Л.: Наука. 1966. С. 249-270.

Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем / Под ред. . С.-Петербург. Гидрометеоиздат. 1992. 320 с.

Сигарёва модель фитопланктона и её использование. В кн.: (ред.) Методические вопросы изучения первичной продукции планктона внутренних водоёмов. СПб.: Гидрометоиздат. 1993. С. 120-125.

, Ляшенко пигментных характеристик фитопланктона при оценке качества воды // Водные ресурсы. 2004. № 4. С. 475-480.

, Бабазарова связей пигментных и структурных характеристик фитопланктона высокоэвтрофного озера // Журнал Сибирского Федерального университета. Биология 2. 2008. № 1. С. 162-177.

Reynolds C. S. The ecology of freshwater phytoplankton. Cambridge. 1984.

SCOR-UNESCO Working Group N 17. Determination of photosynthetic pigments in sea water // Monographs on oceanographic methodology. P.: UNESCO. 1966. P. 9-18.

Talling J. F. An annual cycle of stratification and phytoplankton drowth in Lake Victoria (East Africa) // Intern. Rev. ges. Hydrobiol. 1966. Bd. 51. H. 4. S. 545-621.

Watson R. A.. Osborne P. L. An algal pigment ratio as an indicator of the nitrogen supply to phytoplankton in three Norfolk broads // Freshwater Biol. 1979. Vol. 9. N 6. P. 585-594.

Источник

Расчет продукции по содержанию хлорофилла

Определение содержания хлорофилла в планктоне позволяет: 1) выразить биомассу фитопланктона в абсолютных единицах массы; 2) рассчитать значения первичной продукции планктона по концентрации хлорофилла, которая закономерно связана со ско­ростью образования органических веществ в процессе фото­синтеза.

Впервые содержание хлорофилла было определено Е. М. Крепсом и Н. А. Вержбицкой в 1930 г. при изучении планктона Ба­ренцева моря. В настоящее время определение содержания хло­рофилла а в планктоне широко используется при исследованиях первичной продукции планктона в различных водоемах.

Суть метода заключается в том, что тем или иным способом экстрагируют хлорофилл и концентрацию хлорофилла а опреде­ляют на спектрофотометрах или флуориметрах. Обычно фито­планктон из известного объема воды концентрируют фильтрова­нием на мембранном фильтре, высушивают, а затем экстрагируют из него пигменты в определенном объеме 90%-ного ацетона.

Уравнение для расчета количества хлорофилла а, принятое рабочей группой ЮНЕСКО, имеет вид [14]

где Схл — концентрация хлорофилла а (мг/м3); Е66з, Е^ъ, Ебзо— экстинкция (ослабление света) при длине волн 663, 645, 630 нм соответственно; v — объем экстракта (мл); V — объем пробы (л); I — длина светового пути в экстракте (см). В значения, получен­ные в красной части спектра при указанных значениях экстинкдии, следует вносить поправку, вычитая из них оптическую плот­ность экстракта на длине волны 750 нм. Учитывается неспецифи­ческое поглощение света на этой длине волны, связанное с мутностью, различными взвесями и т. п.

Для расчета первичной продукции по содержанию хлорофилла в планктоне необходимо знать так называемое ассимиляционное число. Ассимиляционное число (АЧ) представляет собой отноше­ние всего количества хлорофилла а к скорости фотосинтеза и выражается в миллиграммах органического вещества, синтезиро­ванного за 1 ч, на 1 мг хлорофилла в условиях освещенности, к ко­торым данная система приспособлена. Ассимиляционное число при­нято выражать в мг С/мг хлорофилла а за сутки (САЧ) или час. Некоторые исследователи выражают его в единицах массы кисло­рода, выделяемого при фотосинтезе, или С02, ассимилированного в его процессе.

Максимальные значения АЧ для озер разных широт находятся в пределах 3,2—33 мг 0/(мг-ч), или 1—10 мг С/(мг-ч). Среднее ассимиляционное число на глубине оптимального фотосинтеза за­висит от трофического статуса водоема и физиологического со­стояния водорослей и равно примерно 2 мг С/(мг-ч). Содержание хлорофилла а (мг/м3) в озерах и водохранилищах находится в сле­дующих пределах: олиготрофные—1, мезотрофные—1—10, эвтрофные—10—100, высокоэвтрофные—100. Значение первичной продукции для слоя воды, где условия для фотосинтеза наиболее благоприятны, может быть получено умножением значения содер­жания хлорофилла а на АЧ или САЧ. Поскольку ниже и выше этого слоя условия для фотосинтеза ухудшаются, общая продукция в столбе воды или на единицу поверхности зеркала водоема может быть рассчитана только с учетом отклонения освещенности от оп­тимального значения на различных участках фотической зоны.

Источник

Adblock
detector