CC BY
40
УДК 556.5; 574.5
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ СОДЕРЖАНИЯ
ХЛОРОФИЛЛА а В НОВОСИБИРСКОМ ВОДОХРАНИЛИЩЕ
1 12 А.В. Котовщиков , Л.В. Яныгина -
1 Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, E-mail: [email protected] 2Алтайский государственный университет, Барнаул
По данным современных многолетних исследований (2007-2018) проанализирована пространственная неоднородность содержания хлорофилла а фитопланктона в Новосибирском водохранилище в летний период. Выявлен характер вертикального и горизонтального распределения показателя в разных частях водоема. Показано, что в средней части водохранилища наблюдаются самые низкие концентрации при очень слабых межгодовых колебаниях. Наиболее высокое содержание пигмента в русловых створах характерно для речной части. Среди заливов водохранилища выделяется Бердский залив с максимальной средней многолетней концентрацией пигмента. По наиболее часто встречающимся летним значениям концентрации хлорофилла а Новосибирское водохранилище характеризуются как водоем эвтрофного типа.
Ключевые слова: фитопланктон, хлорофилл, трофический статус, Новосибирское водохранилище.
Новосибирское водохранилище -крупнейший искусственный водоем Западной Сибири. Оно создано в 1957 г. и является единственным на реке Обь. Среднегодовой расход в створе плотины
- 1670 м3/с, полный объем - 8,8 км3, площадь водного зеркала - 1070 км (при НПУ), протяженность - 200 км [1]. В экосистемах крупных рек и водохранилищ основным первичным продуцентом автохтонного органического вещества являются водоросли планктона. Определение содержания хлорофилла а
- основного фотосинтетического пигмента зеленых растений - в поверхностных водах относится к числу количественных и оперативных методов исследования уровня развития, динамики, пространственного распределения и продукционных характеристик фитопланктона, а также методов оценки уровня трофности и качества воды водоемов. Хлорофилльный метод рекомендован для проведения экологического мониторинга водных объектов по ав-тотрофному звену экосистем [2-4].
Первые исследования фотосинтетических пигментов водорослей планкто-
Дата поступления 11.09.2018
на Новосибирского водохранилища были выполнены в 1981-1982 гг., а затем продолжены в 1986-1989 гг. [5-7]. Были проанализированы сезонная динамика пигментных характеристик фитопланктона, горизонтальное и вертикальное распределение для различных участков водохранилища. Средние по водохранилищу значения хлорофилла а соответствовали слабоэвтрофным водоемам. На современном этапе исследование фотосинтетических пигментов фитопланктона Новосибирского водохранилища проводится с 2007 г. [8].
Целью работы был анализ современного пространственного распределения фитопланктона (по содержанию хлорофилла а) в Новосибирском водохранилище в многолетнем аспекте.
Материал и методы исследования
Натурные данные получены в периоды максимального уровня развития фитопланктона ежегодно в июле-августе 2007-2018 гг. в ходе комплексных исследований на десяти створах водохранилища, а также в заливах и на мелководьях (рис. 1). Пробы воды для
определения содержания хлорофилла а отбирали батометром Молчанова ГР-18 с борта теплохода на трех станциях каждого створа (за исключением створов 3 и 10) с трех горизонтов: поверхностного, среднего и придонного. На мелководных участках и в заливах пробы отбирали с борта моторной лодки. Воду фильтровали через мембранные фильтры «Владипор» типа МФАС-ОС-3 с диаметром пор 0,8 мкм. Экстракцию пигментов проводили 90 %-м ацетоном. После центрифугирования экстракты анализировали стандартным спектрофо-тометрическим методом [9-10]. Всего проанализировано 615 проб.
Статистический анализ данных проводился с использованием программы «^айБйса 6.0». При сравнении выборок использовали непараметрический метод Краскелла-Уолисса. Нулевую гипотезу об отсутствии различий между выборками отвергали при р< 0,05.
Результаты и их обсуждение
В течение всех лет наблюдений в июле-августе содержание основного фотосинтетического пигмента водорослей - хлорофилла а (Хл а) в поверхностном слое Новосибирского водохранилища изменялось в широком диапазоне - от 2,7 до 316 мг/м3. Значения более 50 мг/м3 зафиксированы в периоды «цветения» воды цианопрокариотами. Наиболее часто встречающиеся концен-
трации (67 %) находились в интервале 5-20 мг/м3, что практически совпадает с интервалом для эвтрофных водоемов.
Вертикальное распределение содержания Хл а отличалось на разных створах водохранилища (рис. 2). В речной (створы 1-4) и средней (створ 5) частях оно было равномерным по всему водному столбу. В нижней части (створы 6, 7, 10) выделяется створ 7 с явным максимумом в поверхностном слое. Статистически значимые различия содержания Хл а между горизонтами, с максимумом у поверхности и минимумом у дна, отмечены в Бердском заливе (Критерий Краскела-Уоллиса Н =5,889, р =0,05 на створе 8 и Н =12,054, р =0,002 на своре 9).
Распределение концентрации Хл а на поперечных разрезах отличалось в разных частях водохранилища (рис. 3). В речной части содержание пигмента у берегов и в середине створа не имело отличий, тогда как в средней (створ 5) и нижней (створ 7) частях наибольший уровень содержания Хл а наблюдался у правого берега. В створе 6 максимальные значения показателя отмечались в более мелководной левой части. В средней части Бердского залива (створ 8) пониженные концентрации пигмента характерны для мелководной и заросшей правой части створа.
Рис. 1. Карта-схема расположения створов (линии) и станций (ромбы) на акватории Новосибирского водохранилища:
1 - Камень-на-Оби; 2 - Дресвянка; 3 - Усть-Алеус - Малетино; 4 - Спирино-Чингис; 5 - Ордынское-Нижнекаменка; 6 - Боровое-Быстровка; 7 - Ленинское-Сосновка; 8 - Бердский залив (Агролес); 9 - Бердский залив (Речкуновка); 10 - Приплотинный участок; 2а - мелководье у с. Крутиха; 3а - мелководье у с. Антоново; 4а - залив за островом у с. Чингис; 5а - мелководье вблизи устья р. Шарап; 5б - залив р. Ельцовка; 6а - мелководье вблизи устья р. Ирмень;
6б - залив р. Каракан; 7а - залив р. Мильтюш.
Рис. 2. Вертикальное распределение средней многолетней (по данным 2007-2018 гг.) концентрации хлорофилла а (р=0,05) в июле-августе на разных створах Новосибирского водохранилища.
Рис. 3. Распределение средней многолетней (по данным 2007-2018 гг.) концентрации хлорофилла а (р=0,05) в июле-августе в поверхностном слое воды по поперечным разрезам Новосибирского водохранилища.
Горизонтальное распределение концентрации Хл а в поверхностном слое вдоль по водохранилищу неоднородно (рис. 4). В речной части (створы 1-4) отмечались максимальные значения при значительных межгодовых колебаниях. Резко отличается средняя часть водо-
хранилища (створ 5), где наблюдались наименьшие значения при очень слабых межгодовых колебаниях. В нижней части (створы 6, 7, 10) концентрация Хл а снова возрастала, но, как правило, не достигала уровня речной части; наименьшие межгодовые колебания
были характерны для приплотинного участка (створ 10).
Сравнительный анализ средних многолетних концентраций Хл а на русловых створах водохранилища, а также на мелководных участках и заливах показал, что в речной части содержание пигмента в воде на мелководьях не отличалось от такового на створах (рис. 5). Лишь в заливе за полуостровом у с. Чин-гис (4а) показатель возрастал. На мелко-
водьях и в заливах средней части (5а, 5б) содержание Хл а также было выше, чем на русловом створе. В нижней части водохранилища повышенные значения показателя отмечались в заливе р. Миль-тюш (7а) и особенно в заливе р. Бердь (створ 8), где средняя многолетняя концентрация Хл а в июле-августе превышала 50 мг/м3. Значения Хл а в заливе р. Каракан (6б) не отличались от значений в створе 6.
Рис. 4. Горизонтальное распределение средних по створу концентраций хлорофилла а (р=0,05) в июле-августе в поверхностном слое Новосибирского водохранилища в 2007-2018 гг.
Рис. 5. Распределение средних многолетних концентраций хлорофилла а (р=0,05) в июле-августе в поверхностном слое на русловых створах Новосибирского водохранилища, а также на мелководных участках и в заливах (по данным 2007-2018 гг.).
тивно-планктонных форм вследствие уменьшения скорости течения [15].
Заключение
По материалам современных натурных исследований 2007-2018 гг. выполнен анализ пространственного распределения фитопланктона (по содержанию хлорофилла а) в периоды его максимального развития (июль-август). Вертикальное распределение концентрации хлорофилла а в столбе воды равномерно в верхней и средней частях водоема; в нижней части максимальные значения отмечаются в поверхностном слое. На поперечных разрезах водохранилища распределение хлорофилла а неравномерно в средней и нижней частях, а также в Бердском заливе. Характерной особенностью продольного распределения хлорофилла а по водохранилищу является его высокое содержание в верхней части, значительное снижение в средней и повышение в нижней части. Это, вероятно, обусловлено уменьшением скорости течения и, как следствие, перестройкой речного сообщества водорослей, при которой выпадают виды речного комплекса, а озерный планктон еще не развит. Среди заливов водохранилища выделяется залив р. Бердь с наибольшей средней многолетней концентрацией пигмента.
Согласно международной трофической классификации водоемов [4], наиболее часто встречающиеся значения концентрации хлорофилла а в Новосибирском водохранилище в летние периоды 2007-2018 гг. характеризуют его как водоем эвтрофного типа. При этом выделяется средняя часть водоема, где уровень развития фитопланктона не превышает мезотрофного уровня. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований, грант № 18-04-01001.
Список литературы
1. Савкин В.М. Эколого-географические изменения в бассейнах рек Западной Сибири. - Новосибирск: Наука, 2000. - 152 с.
Высокое содержание Хл а в речной части водохранилища соответствует уровню развития фитопланктона на вышерасположенном участке р. Обь, что обеспечивается достаточным содержанием минеральных форм азота и фосфора в воде [11]. Неоднородность развития фитопланктона по продольной оси водохранилища определяется сукцессией состава фитопланктона в результате уменьшения скорости течения воды в средней и особенно нижней частях водохранилища [6, 12]. В некоторых водохранилищах Волги (Горьков-ское, Куйбышевское) и Днепра (Кахов-ское, Цимлянское), характеризующихся большой проточностью в верхней части и резким снижением скорости течения на расширенном или озерном участке, распределение общей биомассы фитопланктона такое же, как и в Новосибирском водохранилище. Оно представляется обычно в виде кривой с одним повышением в верховьях, а с другим - в низовьях, и уменьшением биомассы в районе смены преобладающих видов фитопланктона. На русловых участках водохранилищ обычно преобладают диатомовые водоросли, для которых характерно снижение общей биомассы по направлению к плотине. На расширенных нижних участках диатомовые, как правило, вытесняются цианопрокарио-тами, и биомасса снова повышается, как это показано для Горьковского [13] и Угличского [14] водохранилищ. Кроме того, отмечают, что уменьшение общей биомассы водорослей в водохранилищах по направлению к плотине частично обусловливается также выпадением из толщи воды бентосных и факульта-
2. OECD (Organization for Economic Cooperation and Development) (1982) Eutrophi-cation of waters. Monitoring assessment and control. Final report. OECD Cooperative Programme on monitoring of Inland Waters (Eutrophication Control), Environment Directorate.
- Paris, 1982. - 154 p.
3. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем / под ред. В.А. Абакумова. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. - 320 с.
4. Environment Canada: national guidelines and standards office. Water policy and coordination directorate. Canadian guidance framework for the management of phosphorus in freshwater system. Ottawa: National Guidelines and Standards Office Water Policy and Coordination Directorate Environment Canada, 2004. Report № 1-8. - 133 p.
5. Кириллов В.В., Чайковская Т.С. Пигментные характеристики фитопланктона Новосибирского водохранилища // Тр. ЗапСибНИИ. Вып. 70: Комплексные исследования Новосибирского водохранилища. - М.: Гидрометеоиздат, 1985. - С. 84-97.
6. Подлипский Ю.И. К вопросу организации и некоторые итоги комплексных исследований Новосибирского водохранилища // Тр. ЗапСибНИИ. Вып. 70: Комплексные исследования Новосибирского водохранилища. - М.: Гидрометеоиздат, 1985. - С. 3-16.
7. Подлипский Ю.И., Чайковская Т.С., Татаринова Н.И., Мальцева М.М., Котико-ва Н.С., Шило О.Ю., Иренкова О.Г., Журба Н.В., Вишневская Т.И., Варламова Л.Т., Кусельман А.М. Разработка гидрохимических балансов Новосибирского водохранилища и оценка его биостока (по фитопланктону) в связи с проектируемым Катунским гидроузлом: Отчет о науч.-исслед. работе ЗАПСИБНИГМИ Госкомгидромета СССР. -Новосибирск, 1989. - 161 с. (рукопись).
8. Котовщиков А.В., Кириллов В.В. Содержание хлорофилла а фитопланктона в Новосибирском водохранилище // Многолетняя динамика водно-экологического режима Новосибирского водохранилища / В.М. Савкин [и др.]. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2014. - С. 107-118.
9. ГОСТ 17.1.4.02-90. Государственный контроль качества воды. Методика спек-трофотометрического определения хлорофилла «а». - М., 2003. - С. 587-600.
10. Определение содержания хлорофилла в планктоне пресных водоемов. Методические рекомендации. - Киев: Наукова думка. 1982. - 52 с.
11. Котовщиков А.В., Долматова Л.А. Динамика содержания хлорофилла а в р. Обь и ее связь с абиотическими факторами // Биология внутренних вод. - 2018. -№ 1. - С. 29-38.
12. Куксн М.С., Чайковская Т.С. Фитопланктон Новосибирского водохранилища (1981-1982) // Тр. ЗапСибНИИ. - М.: Гидрометеоиздат, 1985. - Вып. 70. - С. 61-76.
13. Волга и ее жизнь. - Л.: Наука, 1978. - 348 с.
14. Ляшенко О.А. Сезонная динамика и многолетние изменения фитопланктона и содержания хлорофилла в Угличском водохранилище // Биология внутренних вод. -2000. - № 3. - С. 52-61.
15. Приймаченко А.Д. Течение как фактор, определяющий развитие фитопланктона в водоеме // Первичная продукция морей и внутренних вод. - Минск, 1961. - С. 314-317.
References
1. Savkin V.M. Ekologo-geograficheskiye izmeneniya v basseynakh rek Zapadnoy Sibi-ri. - Novosibirsk: Nauka, 2000. - 152 s.
2. OECD (Organization for Economic Cooperation and Development) (1982) Eutrophi-cation of waters. Monitoring assessment and control. Final report. OECD Cooperative Programme on monitoring of Inland Waters (Eutrophication Control), Environment Directorate.
- Paris, 1982. - 154 p.
3. Rukovodstvo po gidrobiologicheskomu monitoringu presnovodnykh ekosistem / pod red. V.A. Abakumova. - SPb.: Gidrometeoizdat, 1992. - 320 s.
4. Environment Canada: national guidelines and standards office. Water policy and coordination directorate. Canadian guidance framework for the management of phosphorus in freshwater system. Ottawa: National Guidelines and Standards Office Water Policy and Coordination Directorate Environment Canada, 2004. Report № 1-8. - 133 p.
5. Kirillov V.V., Chaykovskaya T.S. Pigmentnye kharakteristiki fitoplanktona Novosi-birskogo vodokhranilishcha // Tr. ZapSibNII. Vyp. 70: Kompleksnye issledovaniya Novosi-birskogo vodokhranilishcha. - M.: Gidrometeoizdat, 1985. - S. 84-97.
6. Podlipsky Yu.I. K voprosu organizatsii i nekotorye itogi kompleksnykh issledovany Novosibirskogo vodokhranilishcha // Tr. ZapSibNII. Vyp. 70: Kompleksnye issledovaniya Novosibirskogo vodokhranilishcha. - M.: Gidrometeoizdat, 1985. - S. 3-16.
7. Podlipsky Yu.I., Chaykovskaya T.S., Tatarinova N.I., Maltseva M.M., Kotikova N.S., Shilo O.Yu., Irenkova O.G., Zhurba N.V., Vishnevskaya T.I., Varlamova L.T., Kuselman A.M. Razrabotka gidrokhimicheskikh balansov Novosibirskogo vodokhranilishcha i otsenka ego bio-stoka (po fitoplanktonu) v svyazi s proyektiruyemym Katunskim gidrouzlom: Otchet o nauch.-issled. rabote ZAPSIBNIGMI Goskomgidrometa SSSR. - Novosibirsk, 1989. - 161 s. (rukopis).
8. Kotovshchikov A.V., Kirillov V.V. Soderzhaniye khlorofilla a fitoplanktona v Novo-sibirskom vodokhranilishche // Mnogoletnyaya dinamika vodno-ekologicheskogo rezhima Novosibirskogo vodokhranilishcha. - Novosibirsk: Izd-vo SO RAN, 2014. - S. 107-118.
9. GOST 17.1.4.02-90. Gosudarstvenny kontrol kachestva vody. Metodika spektrofoto-metricheskogo opredeleniya khlorofilla «a». - M.: Izd-vo standartov, 2003. - S. 587-600.
10.Opredeleniye soderzhaniya khlorofilla v planktone presnykh vodoyemov. Metodicheskiye rekomendatsii. - Kiyev: Naukova dumka. 1982. - 52 s.
11.Kotovshchikov A.V., Dolmatova L.A. Dinamika soderzhaniya khlorofilla a v r. Ob i eye svyaz s abioticheskimi faktorami // Biologiya vnutrennikh vod. - 2018. - № 1. - S. 29-38.
12.Kuksn M.S., Chaykovskaya T.S. Fitoplankton Novosibirskogo vodokhranilishcha (1981-1982) // Tr. ZapSibNII. - M., 1985. - Vyp. 70. - S. 61-76.
13.Volga i eye zhizn. - L.: Nauka, 1978. - 348 s.
14.Lyashenko O.A. Sezonnaya dinamika i mnogoletniye izmeneniya fitoplanktona i soderzhaniya khlorofilla v Uglichskom vodokhranilishche // Biologiya vnutrennikh vod. -2000. - № 3. - S. 52-61.
15.Prymachenko A.D. Techeniye kak faktor, opredelyayushchy razvitiye fitoplanktona v vodoyeme // Pervichnaya produktsiya morey i vnutrennikh vod. - Minsk, 1961. - S. 314-317.
SPATIAL HETEROGENEITY OF CHLOROPHYLL a CONTENT
IN NOVOSIBIRSK RESERVOIR
1 12 A.V. Kotovshchikov , L.V. Yanygina -
institute for Water and Environmental Problems SB RAS, Barnaul, E-mail: [email protected]
2Altai State University, Barnaul
Spatial heterogeneity of phytoplankton chlorophyll a in the Novosibirsk reservoir in summer was analyzed based on the long-term studies (2007-2018). Vertical and horizontal distribution of phytoplankton chlorophyll a in different parts of the reservoir was identified. Along with very weak inter-annual fluctuations, its concentrations were the lowest in the middle part. The highest content of chlorophyll a is typical for deep-water sections of the river part. The Berd Bay is distinguished by the highest average long-term concentration of pigment among the bays of the reservoir. The Novosibirsk reservoir is eutrophic according to the most frequent values of summer chlorophyll concentrations.
Key words: phytoplankton, chlorophyll, trophic status, Novosibirsk reservoir.
Received September 11, 2018
