CC BY
64
ОЁ0 11ЁАГЁ0_1 Г
Ё ЇВ IАСЁОЁ!Г М -ААЙОВСЁОЁ I Г ГиА ЇВ I ОАЙЙи А I дАвА ЙААОЁ I ВВ*
Г . А. АауГТа, Ё. N. 1 аеааа, А. Ё. АТааГаааа
А бёоиеаГёоТГа Тд. ЫааоёТуЭ ГЭаТаёааа^о пёГадаёаГйа ё аёГТбёоТайа аТаТЭТ-пёё. ЫоЭоёооЭГйа ГТеадаоаёё бёоТГёаГёоТГа паёааоаёиПоафо а ГТёидо ТоГапаГёу Тд. ЫааоёТуЭ ё ТёёаТоЭТбш: аТаТаїаі. ЁГоатёаГтои ГЭТаоёоёё ГаЭапоаао То
аапТй ё паЭааёГа ёаоа. ТаёпёЮ: айоаГёу ГЭёоТаёопу Га аоТЭо|э ГТёТаёГо ёаоа. А оа+аГёа пооТё Гааё^аааопу помаЭшё ЭТпо ТоЭёоаоаёиГТаТ ааёагпа ТА То ОоЭаГГёо +апТа ё аа+аЭГё: ё даТааёаГёа апао ГЭТОаппТа а тпа аЭаТу. Ыойапоаагга ЭадГё-оа а пёТЭТпоё ё ШЭааёаГГтоё 'ГЭТОаппТа ЇТ аТЭёдТГоаТ. ГЭаТаёаааГёа аапоЭОё-Оёё Гаа бТотёГоадТГ оёадйааао Га айПТёо^ пГТтаГтои ТдаЭа ё аёТёТаё+апёТ і о паї тёйаГё|э. Аёу ГТёо+аГёу аТёаа отТё ёаЭоёш оТаа ГЭТаоёоёТп Т-ааПоЭоё-ОёТГшо їЭТоаппта ГаТаоТаёГТ таїЭаЭQаTТа пёажаГёа да бёдёёТ-оёі ё+апёёі ё ЇТ-ёадаоаёу! ё аТаГТё пЭааQ ё ТаТТаЭа! а Т TQа аёаЭТТаоаТЭТёТаё+апёёа Гааё^ааГёу.
В практике гидроэкологического мониторинга наряду с анализом текущего состояния экосистем необходимо составление достоверных прогнозов их временной динамики. Структурные характеристики сообществ организмов являются статическими показателями. На их основе трудно судить о скорости и направленности происходящих процессов. Поэтому возникает необходимость получения, наряду со структурными, функциональных пространственно-временных характеристик отдельных сообществ и экосистемы в целом.
Наиболее разработанным и традиционно используемым в настоящее время методом изучения функционирования водных экосистем является оценка активности сообществ фитопланктона по интенсивности их продукции и дыхания. Величина первичной продукции характеризует процесс поглощения и трансформации солнечной энергии в таковую химических связей синтезируемых органических веществ. По скорости дыхания судят об интенсивности деструкции органического вещества, круговороте веществ в водоеме и способности водной массы к самоочищению.
Цели исследований
1. Выявление видового состава, уровня развития и межсезонной динамики фитопланктона озера.
2. Определение трофического статуса оз. Светлояр на основании морфометрических, гидрохимических показателей и фитопланктона.
3. Оценка и сравнение процессов синтеза и распада органических веществ в трофоген-ном слое озера в суточном и сезонном аспектах.
Материал и методы
Для выявления температурного и кислородного режима озера на глубоководной станции ежемесячно на протяжении 2000— 2002 гг. при помощи термооксиметра «Марк-201» проводились замеры температуры и содержания О2 в водной толще от поверхности до дна с интервалом 0,5 м. Определение величин рН и ЕЬ производилось прибором «Марк-901», измерения электропроводности — кондуктометром «Марк-601» в те же
* Авторы выражают благодарность руководителю администрации памятника природы «Озеро Светлояр» А. Б. Грозе за помощь в организации исследований.
сроки. Одновременно с этим при помощи диска Секки производились промеры прозрачности. Раз в сезон батометром Руттнера отбирались пробы воды с поверхностного и придонного горизонтов. Концентрации отдельных ионов определялись в лаборатории ВВУГМС (Нижний Новгород).
Материал для анализа состояния фитопланктона в оз. Светлояр собирался ежемесячно в течение трех вегетационных периодов в 2000—2002 гг. В соответствии с методическими рекомендациями [9] пробы отбирались с помощью батометра с интервалом в
1 м от глубины 0,5 до 5,5 м, после чего концентрировались через отечественные мембранные фильтры № 5 и 6 с диаметром пор 1,2 и 2,5 мкм соответственно. Фиксацию отобранного материала производили 40 % раствором формалина. Подсчет численности фитопланктона осуществляли в камере Нажотта объемом 0,01 мл. Подсчет количества клеток водорослей в счетной камере, расчеты биомассы отдельных видов водорослей и всего фитопланктона в целом осуществляли аналогично процедуре, описанной в работе Л. Г. Корневой [6], применяя таблицы объемов различных геометрических фигур, разработанные Г. В. Кузьминым [8].
Литораль хорошо выражена только в юго-восточной и южной частях озера и сложена илистыми и песчано-илистыми грунтами. Северо-восточный, северный и западный берега образованы сплавиной. Водная растительность располагается по периметру всего водоема, заходя на глубину до 5 м, и покрывает водную поверхность примерно на 10 %. Наблюдающееся на оз. Светлояр распределение ассоциаций высших водных растений в виде отдельных пятен [10] характерно для олиготрофных водоемов.
Эпилимниальный слой с температурой вод 20—22 °С в летнее время простирается от
Для определения интенсивности первичной продукции и дыхания применялся скляночный метод в кислородной модификации [3]. Работы проводились раз в месяц на протяжении безледных периодов 2000—2002 гг. на глубоководной станции. Первые два года склянки объемом 100 мл устанавливались в первой половине дня на 2—3 ч попарно на шести горизонтах в пределах трофогенного слоя озера: от 0,5 до 5,5 м включительно. С целью выявления общей направленности и интенсивности протекающих процессов в разное время суток в 2002 г. экспонирование склянок проводилось три раза в сутки: ночью, в утренние часы и после полудня.
Результаты и их обсуждение
Лимнологическая и гидрохимическая характеристика озера. Оз. Светлояр расположено в Воскресенском районе Нижегородской области в бассейне р. Ветлуги. При небольшой площади (0,15 км2) максимальная глубина озера довольно велика — 33,2 м, средняя — 10,1 м. Площадь водосбора — около 2,0 км2. Озеро имеет преимущественно ключевое питание и поверхностный сток в р. Люнду. Его зеркало эллипсоидной формы, береговая линия слабо изрезанная, форма котловины конусовидная (табл. 1).
поверхности до 3,0—3,5 м. Ниже, до глубины
7,5 м, расположен термоклин, где происходит понижение температуры воды до 6 °С. Основную часть водной массы озера составляет холодный гиполимнион. В верхнем пятиметровом слое летом наблюдается перенасыщение воды кислородом (115—120 %). На глубине 5—9 м — резкий оксиклин, глубже 10 м О2 практически отсутствует. Ниже 15 м окислительные условия сменяются восстановительными. Глубже 17 м в озере присутствует сероводород [2; 4].
Весной сразу после вскрытия и с началом весеннего перемешивания бескислородная
Таблица 1
Основные морфометрические характеристики оз. Светлояр
АёёТа ТдаЭа -, і 0ё9ёТа ідаЗа В, і АёёТа ааЭааТаТе ёёТёё, Р, т ВадаёОёа ааЗаа ТаТё ёёТёё, К 1 ёшааи даЭёаёа, р0'ёт2 Т аиаТ а і аи, Ш, оип. т3 АёоаёТа И, т 1 Теадаоаёи оТЭТ и еТоёТаёТи, N
В, таеп' і Впв, і ІП - таеп Ипв
470 350 316 1 324 1,01 0,15 1 500 33,2 10,1 0,91*
* конусовидная форма
зона в озере располагается на глубине свыше 6 м. К июню она опускается ниже восьмиметровой глубины, в августе поднимается несколько выше. Осенью, с наступлением осенней циркуляции, обогащенные кислородом воды оттесняют бескислородную зону глубже, и в отдельные годы она практически исчезает [1].
Воды озера летом гидрокарбонатнокальциевые, зимой — гидрокарбонатно-на-триевые, довольно мягкие, жесткость 1,4—
1,8 мг-экв. / л, общая минерализация — 100— 120 мг / л (табл. 2). Реакция среды нейтральная. В эпилимниальном слое летом рН смещается в
БПКп как поверхностных, так и придонных горизонтов находится в пределах значений 7,9—9,9 мг О2 / л, что говорит о высокой концентрации наиболее легкоокисляемой органической фракции в его водах, однако величины бихроматной окисляемости (21,7—
25,8 мг О2 / л) свидетельствуют о наличии значительного количества трудноразлагаемого органического вещества. Очень низкий, согласно классификации С. П. Китаева [5], показатель перманганатной окисляемости (5,5—
6,0 мг О2 / л) характеризует оз. Светлояр как олиготрофный водоем.
Концентрация минерального азота в оз. Светлояр различна между поверхностным и придонным горизонтами. У поверхности N составляет 0,02—1,31 мг / л, у дна — 1,17—
мин. 7 7 ’ J ^ ’
3,26 мг / л с минимумом в зимнее время и максимумом в период паводка. NH4+ в поверхностных водах присутствует лишь весной, тогда как у дна азот круглый год находится преимущественно в аммонийной форме. У поверхности этот элемент содержится преимущественно в виде нитратов в количестве 5,7—
6,5 мг / л. От лета к зиме на всех горизонтах происходит сокращение N0^, вплоть до полного исчезновения. Заметного содержания нитритов не наблюдается круглый год.
В летнее время концентрации Ро6щ в во-
щелочную сторону до 8,0—8,5. Прозрачность воды высокая — 4,3—5,9 м, что обычно характерно для олиготрофных озер. Цветность вод поверхностных горизонтов низкая, однако на глубинах свыше 19 м воды озера имеют интенсивную коричневую окраску (см. табл. 2). Электропроводность поверхностных слоев воды оз. Светлояр 115—130 мкСм / см. В гипо-лимниальном слое происходит постепенный рост этого показателя, особенно ярко выраженный на глубинах 18—20 м. Проводимость вод придонных горизонтов достигает 300 мкСм / см.
дах озера — 0,13 и 0,12 мг / л в поверхностном и придонном горизонтах соответственно, причем доля Рмин незначительна. В течение осени происходит заметное накопление фосфора у дна — до 0,3 мг / л и незначительный его рост у поверхности. Зимой концентрация как Р так и Р _ в поверхностном горизон-
мин общ г Г
те понижается на порядок, в то время как у дна наблюдается, наоборот, ее увеличение в два раза (до 0,534 мг / л), причем практически весь фосфор находится в минеральной форме. По классификации И. С. Трифоновой [15], исходя из концентрации общего фосфора оз. Светлояр следует отнести к категории эвт-рофных водоемов.
Концентрация кремния в весенне-летнее время у поверхности 0,5—0,8 мг / л, зимой она повышается до 3,4 мг / л. Воды придонных горизонтов богаты кремнием круглый год (7,2—8,0 мг / л).
Таким образом, по морфометрическим (глубина, форма котловины) и некоторым гидрохимическим (прозрачность и перманга-натная окисляемость) показателям оз. Светлояр можно отнести к категории олиготроф-ных озер. Однако, судя по концентрации фосфора, воды его эвтрофные.
Фитопланктон, его структурные характеристики и межсезонная динамика. В составе
Таблица 2
Основные гидрохимические показатели оз. Светлояр (мг / л)
А|0ед|То 21 А. А. №+К+ Са2+ Мд2+ рет, НС0 з- О - С1- - 1 м 2 о 2 1\- \н/ \,вГ Р т аи Б1
1 ТааЭо-Ппои 98,9 0,6 7,5 12,2 4,5 0,16 67,1 3,9 3,1 0,15 0 0,18 0,13 0,5
Ап 116 1,0 6,8 13,8 5,6 0,35 82,4 2,0 3,7 0,12 1,05 1,17 0,12 7,4
Примечания: 21 — общая минерализация; В. В. — взвешенные вещества
альгофлоры оз. Светлояр было выявлено 145 видов, разновидностей и форм водорослей из семи отделов. Соотношение основных систематических групп свойственно крупным и малым озерам умеренной зоны с нейтральным рН [7]. По числу таксонов рангом ниже рода преобладали зеленые (37 %) и диатомовые (21 %) с участием золотистых (15 %). Водоросли других отделов (СуаиорЬу1а, Сгур1ору1а, В1иорЬу1а, Euglenophyta) в составе фитопланктона играли, как правило, подчиненную роль, а их доля в флористиче-
ском спектре составляла от 1 до 12 % общего количества видов.
Основу численности фитопланктона в оз. Светлояр в 2000 г. составляли золотистые водоросли, а в 2001 и 2002 гг. — сине-зеленые и зеленые (табл. 3). Основу биомассы всегда формировали динофитовые (до 96 %). В сезонном аспекте наблюдались два пика численности (в 2000 и 2002 гг. — весенний и летний, в 2001 г. — летний и осенний) и один летний пик биомассы.
Таблица 3
Численность (N), биомасса (В) и комплексы доминирующих видов фитопланктона оз. Светлояр в 2000-—2002 годах
Nag 1 Т 2000 ai а 2001 aiа 2002 ai а
N , 1ёТ ёё./ё А, a/i3 N , 1ёТ ёё./ё А, a/i3 N , 1ёТ ёё./ё А, a/i3
АапТа 0,188 @ 0,02 0,075 @ 0,04 0,156 @ 0,04 0,028 @ 0,003 0,015 @ 0,003 0,009 @ 0,003
T volvocina, Chrysococcus biporus, Cyclotella sp. Trachelomonas bacillifera, Anabaena spiroides, Peridinium cinctum, T volvocina, Chlamydomonas sp, C rufescens, Asterionella formosa Pandorina morum, Gymnodi-nium sp., T. volvocina, C. rufescens
ka0T 0,77 @ 0,10 0,401 @ 0,16 0,688 @ 0,01 0,045 @ 0,01 0,79 @ 0,50 0,09 @ 0,00
Dinobryon divergens, Navicula sp., Ceratium hirundinella, P. cinctum, Asterionella gracillima C. hirundinella, P. cinctum Cyclotella radiosa, P. cinctum, C. hirundinella
ТпаТи 0,084 @ 0,05 0,160 @ 0,03 0,030 @ 0,01 1,988 @ 0,38 0,6 @ 0,17 1,36 @ 0,89
C. hirundinella T. bacillifera, T. volvocinop-sis, Chlamydomonas sp., T volvocina, Kephyrion francevi, Tetrastrum komarekii #
АТа 0,557 @ 0,14 0,3 @ 0,11 0,046 @ 0,10 0,005 @ 0,01 # #
В 2000 г. максимальные значения численности (0,94 млн кл. / л) и биомассы (0,69 г / м3) были отмечены в начале июня в основном за счет вегетации золотистой водоросли Dino-bryon divergens Ymb. (0,42 млн кл. / л, 0,36 г / м3). В качестве субдоминантов по биомассе в это время выступали диатомовые (виды рода Navicula). В августе возрастала до 0,83 млн кл. / л численность сине-зеленых водорослей за счет появления в толще воды Gomphosphaeria rosea (Snow) Elenk. и видов рода Microcystis. Доминантами по биомассе, благодаря большим размерам клеток, являлись динофитовые: Ceratium hirundinella
(O. F. Mull.) Dujardin (0,23 г / м3) и Peridinium cinctum Ehr. (0,15 г / м3).
Комплекс доминирующих видов 2001 г. схож с прошлогодним. Зимний фитопланк-
тон был бедным и состоял из колониальных диатомовых (род Aulacoseira) и отдельных клеток эвгленовых (род Trachelomonas). Весной отмечался подъем количественных показателей, но максимум приходился на летние месяцы. Наибольшие значения численности (0,98 млн кл. / л) зарегистрированы у сине-зеленых в июле благодаря вегетации G. rosea, а также в первой декаде сентября (0,72 млн кл. / л) за счет развития Aphanothece clathrata W. et G. S. West и видов рода Microcystis. В августе отмечен пик биомассы (2,54 г / м3), который полностью обусловлен развитием динофито-вых: C. hirundinella (1,31 г / м3), P. cinctum (1,03 г / м3) и Peridinium willei Huitf.-Kaas (0,19 г / м3). В осенний период фитопланктон в равной степени был сформирован зелеными, золотистыми и эвгленовыми водорослями.
В зимний период 2002 г. альгофлора была скудной и представлена различными монад-ными формами (зеленые, золотистые, крипто-фитовые и эвгленовые). Первый пик численности зарегистрирован в начале мая (2,34 млн кл.!л) и обусловлен вегетацией зеленой водоросли Kirchneriella aperta Teiling (до 83 % от общей численности). Второй подъем (до
9,11 млн кл. I л) уже приходился на июль и был связан с присутствием в планктоне синезеленых A. clathrata (4,72 млн кл. I л) и Gomphospaeria lacustris Chod. (2,20 млн кл. I л). Комплекс доминирующих по биомассе видов по-прежнему сформирован динофитовыми: C. hirundinella и P. cinctum, — а максимум развития фитопланктона (до 3,9б г I м3) приходился на июль.
Таким образом, в течение 2000—2002 гг. в
оз. Светлояр по численности выделялись синезеленые (роды Aphanothece, Gomphospaeria, Microcystis), а по биомассе — динофитовые (роды Ceratium, Peridinium) водоросли. В качестве субдоминантов в разные годы выступали зеленые, золотистые и диатомовые. Не превышающие 1 г I м3 средние биомассы, пред-ставлящие границу олиготрофных и мезот-рофных вод в типологических шкалах водоемов [б], а также одновершинный характер сезонной кривой свидетельствуют о слабой продуктивности водоема.
Тем не менее, анализируя комплекс доминант, можно отметить черты повышенного трофического статуса озера. Это подтверждает уровень развития динофитовой водоросли C. hirundinella, который благодаря легкой идентификации, сравнительно простому количественному учету и космополитическому распространению широко используется в качестве индикатора трофности [14]. Так, если в
2000 г. показатели численности C. hirundinella в оз. Светлояр находились в пределах 0,001— 0,002 млн кл. I л, то в 2001 г. они достигали 0,01, а в 2002 г. — 0,03 млн. кл. I л, что согласно ориентировочной шкале трофического типа водоемов по максимальной численности Ceratium соответствует мезотрофному уровню. В то же время интенсивное развитие данного вида может быть связано не столько с эвтрофированием, сколько с изменением погодных условий.
Таким образом, средние за вегетационный период величины биомассы фитопланктона, а также одновершинный характер се-
зонной кривой с летним максимумом свидетельствуют в пользу отнесения оз. Светлояр к олиготрофным водоемам. В отличие от типично олиготрофных в этом озере наиболее выражен не весенний, а летний пик биомассы.
В фитопланктоне озера высока и доля синезеленых, что также не характерно для олигот-рофных водоемов.
Продукционно-деструкционные процессы в озере. Впервые определение первичной продукции оз. Светлояр проводила М. А. Кузнецова (Петрова) с коллегами в 1971 г. [11]. По ее данным, суточная величина интенсивности фотосинтеза в среднем за сезон составляла 0,45 мгО2 / л с максимумами в июле — 0,57 мгО2 / л и августе — 0,97 мгО2 / л. Среднесуточная величина деструкции превышала валовую продукцию и составляла 0,63 мгО2 / л. На основе продукционных показателей озеро отнесено к мезотрофному типу, что в 1974 г. было подтверждено анализом развития бак-териопланктона микробиологами М. Б. Вайнштейном [2] и В. М. Горленко [4].
Суточный ход продукционно-деструкцион-ных процессов. В ночное время с 28 на 29 июня 2002 г. интенсивность процессов как синтеза, так и распада органического вещества (ОВ) была невелика и составляла всего 0,09—
1,12 мгО2 / л х час. Наиболее выражен процесс разложения ОВ на нижнем из изучаемых горизонтов, где величина дыхания составила около 0,2 мгО2 / л х час (рис. 1).
В первой половине дня произошла активизация процессов синтеза и распада, причем на большинстве горизонтов за исключением третьего (2,5 м) преобладало дыхание. Во второй половине дня наибольшая активность фитопланктона отмечалась на верхнем и нижнем горизонтах. На остальных же дыхание заметно превалировало над фотосинтезом, что в сумме привело к отрицательному балансу ОВ всего трофогенного слоя озера.
В ночь с 27 на 28 июля отмечалась незначительная активность продукционно-дест-рукционных процессов (см. рис. 1), однако в первой половине дня она возросла. Во второй половине дня процесс дыхания в пять и более раз превышал процесс синтеза. Последний наиболее заметен на нижнем горизонте, что характерно для данного периода суток в июне. Таким образом, в конце июля налицо еще более ярко выраженный отрицательный суточный баланс ОВ.
-0,1 0 0,1 0,2 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2
-0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4
27 июля, 13.45—23.15 28 июля, 23.15—4.55
Рисунок 1
Динамика продукционно-деструкционных процессов в разное время суток АйЭёу «АеТёТаё^апёеа Гаоёё»
В последних числах августа, как и раньше, отмечалась незначительная активность продукционно-деструкционных процессов в ночное время (см. рис. 1). В первой половине дня они несколько активизировались, суммарное дыхание составило 0,48, валовая продукция — 0,32 мгО2 / л х час. Повышенная активность отмечалась на трех верхних горизонтах. Во второй половине дня различие между величинами Рвал и Б наиболее существенно. Дыхание, как и месяц назад, в это время суток превосходило синтез в пять и более раз и составляло 0,2 мгО2 / л х час. В итоге — вновь отрицательный баланс органических веществ в тро-фогенном слое озера.
Таким образом, изучая суточную активность процессов синтеза и распада ОВ в тро-фогенном слое озера, удалось выявить следующее. В ночное время процессы как синтеза, так и распада протекают с очень незначительной интенсивностью. Рост фотосинтеза и дыхания происходит в первой половине дня, иногда на отдельных горизонтах наблюдается положительный баланс ОВ, но в целом преобладают процессы распада. Во второй половине дня деструкционные процессы заметно активизируются и распад намного превышает синтез практически на всех горизонтах.
Сезонная динамика продукционно-деструк-ционных процессов. Среднесуточная интенсивность продукционно-деструкционных процессов на разных горизонтах в безледные периоды 2000—2002 гг. показана на рис. 2. Как видно, картина сложна и динамична. На каждом из горизонтов с течением времени изменялись как интенсивность, так и направленность процессов. Итоговое соотношение между Рвал и Б всего тро-фогенного слоя представлено на рис. 3. Рассмотрим динамику продукционно-деструк-ционных процессов в 2000—2002 гг. по месяцам.
Четкую картину соотношения между интенсивностью первичной продукции и дыхания выявили наблюдения 2000 г. Величина дыхания (Б) весь летний сезон была выше величины дыхания первичной продукции (Рвал): в июне — в два раза (4,0 и
2,0 мгО2 / л х час соответственно); к середине лета при неизменной Рвал деструкция возросла до 6,3 мгО2 / л х час, т. е. превосход-
ство D над Рвал было уже более чем трехкратным. К концу августа упала интенсивность Рвал и D, но преобладание распада стало еще более выраженным (см. рис. 3).
В 2001 г. соотношение между процессами синтеза и распада на протяжении сезона менялось. В апреле и мае при общих незначительных величинах Р и D (0,2—
вал
0,6 мгО2 / л х час) дыхание было несколько выше. Во второй половине июня при той же интенсивности уже преобладала Рвал и наблюдался положительный баланс органических веществ. Это согласуется со вспышкой численности синезеленой водоросли G. rosea.
В июле и первой половине августа дыхание планктона резко возросло, интенсивность достигла 1,75 мгО2 / л х час, в то время как процессы синтеза оставались примерно на том же уровне (см. рис. 3). К концу августа
2001 г. отношение между Рвал и D выровнялось, и в сентябре отмечен второй период положительного баланса ОВ, что можно связать с ростом численности A. clathrata и дино-фитовых водорослей. Осенние наблюдения выявили затухание биолого-продукцион-ных процессов. Таким образом, в 2001 г. отмечались два непродолжительных периода, когда синтез ОВ превышал распад, однако в целом за сезон баланс ОВ вновь был отрицательным.
В 2002 г. наблюдались рост процессов синтеза и распада от весны к концу лета и наметившееся осеннее падение (см. рис. 3). Наиболее интенсивно весь сезон протекало дыхание. Пик синтеза (0,3 мгО2 / л х час) пришелся на последние числа июня. Максимум процессов распада наблюдался в начале августа и составил величину, в два раза превышающую синтез.
За три года наблюдений за ходом про-дукционно-деструкционных процессов в оз. Светлояр установлено общее преобладание процессов распада над процессами синтеза. Периоды обратного соотношения непродолжительны и отмечались лишь однажды. Налицо тенденция роста продукции фитопланктона от весны к середине лета, нарастание хода деструкционных процессов во второй половине лета, а также затухание всех процессов осенью. Со значительной степенью уверенности можно предположить, что такая внутри- и межсезонная динамика типична для оз. Светлояр.
И
С-н
-0,5 0,0 0,5 -0,5
мг02 / л х час 3 I _Валовая
продукция Чистая 3 т продукция
^ * Дыхание
и
С-н
0,0 0,5 -0,5
мгО, / л х час
0,0
0,5 -0,5
0,0
0,5 -0,5
0,0
0,5
01.07.01 0,1 0,2 -0,1
08.08.01 0 0,1 0,2 -0,1
мЮ2 / л х час 1 мЮ2 / л
Валовая з - 1
продукция 1 -
истая
продукция]
/ * \ V
■ * ■"Дыхание^
Л-'
02.05.02 1 6 01.06.02
0,1 0,2 -0,1 0 0,1 0,2 -0,1-0,05 0 0,05 0,1 0,15
N
ГЧЗ
СП
Рисунок 2
Среднесуточная интенсивность продукционно-деструкционных процессов на разных глубинах
мг02/лхчас ч.
Валовая продукция Чистая продукция Дыхание
07.06.00
мтОи л х
мгО, / л х час
11.07.00
.08.00
мгО0 / л х час
28.04.01
мгО2 / л х час мгО2 / л х час мгО2 / л х час
Дата
Рисунок 3
Сезонная динамика продукционно-деструкционных процессов в 2000—2002 годах
Сравнивая полученные нами показатели с данными М. А. Соколовой и В. Е. Топнико-ва [13] по Горьковскому и Чебоксарскому водохранилищам (табл. 4), приходим к выводу, что общая интенсивность процессов фотосинтеза в оз. Светлояр в среднем в 1,3 раза
ниже, чем в водохранилищах. Скорость деструкции, наоборот, выше, чем в водохранилищах Волги, в 1,7—3,1 раза. Это говорит о заметно большей способности озера к самоочищению вод по сравнению с водохранилищами.
Таблица 4
Интенсивность продукционно-деструкционных процессов в водохранилищах р. Волги и оз. Светлояр (мг / л X час)
AiSueianeia ааоЭ. xaaienaSneia ааоЭ. ig. NaaoeiyS
OioineToag АаПоЭбёоеу OiomeToag Aanosoeoey OioineToag Aanosoeoey
ЫЭааТаа 0,047 0,026 0,047 0,046 0,035 0,080
1 aenelol 0,098 0,101 0,108 0,140 0,089 0,163
1 eTelol 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,037
Центральная идея динамической лимнологии такова, что гидродинамические и биологические процессы следует рассматривать исходя из различных пространственных и временных шкал [16]. Важна и возможность перехода с одной шкалы на другую. Для корректного перехода с одной временной шкалы на другую при изучении продукционно-дест-рукционных процессов традиционно используемый метод изолированных склянок не подходит. Рассматривая и оценивая продуктивность озера в целом, используя интегральные характеристики (суммируя или усредняя показания по каждому водному слою), мы переходим с «малошкальной» шкалы на более крупную «мезошкальную», теряя в детальности рассмотрения.
При исследовании хода биологических процессов на каждом из водных горизонтов необходимо учитывать и гидродинамические процессы. На концентрацию фитопланктона и на его продукционные показатели, влияют вертикальное перемешивание воды, обусловленное изменениями плотности отдельных ее слоев в результате нагревания или охлаждения; световые флуктуации, вызванные изменениями светового потока в атмосфере и поверхностными волнами водоема [15], а также горизонтальные течения в проточных озерах, каковым является Светлояр.
В силу того что ход биологических и гидродинамических процессов во многом определяет атмосферная подсистема (очень вариабельная во времени) необходима регистрация таких метеорологических показателей, как освещенность, температура воздуха, скорость ветра, величина фотосинтетически активной радиации. Лишь одновременная регистрация метеорологических, гидродинамических и
биологических параметров позволит детализировать изучение продукционно-деструкци-онных процессов и осуществлять переход с одной пространственно-временной шкалы на другую с высокой степенью точности.
Что касается наблюдений за воздушной и водной средами, то в последние десятилетия в методическом плане прогресс налицо. У метеорологов появились портативные переносные метеостанции, считывающие до десятка показателей с интервалом от нескольких минут до нескольких часов в течение всего сезона; у гидрологов имеются приборы, позволяющие оценить скорости течения меньше
2 см / с — так называемая «малошкальная» полевая технология [15]. В гидробиологическом же плане прослеживаются отставание технологий и устаревание методик.
Выводы
1. По морфометрическим и некоторым гидрохимическим (прозрачность и перманга-натная окисляемость) показателям оз. Светлояр можно отнести к категории олиготроф-ных озер. Однако, судя по концентрации фосфора оно относится к эвтрофным водоемам.
2. В фитопланктоне оз. Светлояр преобладают сине-зеленые (Aphanothece,
Gomphospaeria, Microcystis), и динофитовые (Ceratium, Peridinium) водоросли. Субдоминантами являются зеленые, золотистые и диатомовые. Структурные показатели фитопланктона свидетельствуют в пользу отнесения оз. Светлояр к олиготрофным водоемам.
В то же время не характерными для олиго-трофных озер являются высокая доля сине-зеленых и летний пик биомассы фитопланктона озера.
3. Пики первичной продукции и дыхания разобщены во времени. Интенсивность продукции нарастает от весны к середине лета. Максимум дыхания приходится на вторую половину лета. В течение суток наблюдаются суммарный рост отрицательного баланса ОВ от утренних часов к вечерним и замедление всех процессов в ночное время. Существенна разница в скорости и направленности процессов по горизонтам. Непостоянна глубина наиболее интенсивного протекания процессов, что объясняется неоднородностью вертикального распределения фитопланктона и физико-химических параметров водной среды.
4. Наиболее важным для оценки экологической ситуации в оз. Светлояр является вывод о преобладании процесса деструкции над фотосинтезом. Это указывает на высокую способность озера к биологическому самоочищению.
5. Для получения более точной картины хода продукционно-деструкционных процессов необходимы непрерывное (в течение нескольких суток) слежение за динамикой физико-химических показателей всей эвфотичес-кой зоны озера и одновременные гидрометеорологические наблюдения.
АЁАЁЁ I ADAOЁxANЁЁЁ N Ї ЁN I Ё
1. Баянов Н. Г. Гидрохимические показатели оз. Светлояр п пх межсезонная дпнампка I Н. Г. Баянов II Изв. РГО. — 2008. — Т. 140, вып. 2. — С. 28—41.
2. Вайнштейн М. Б. Распространение тионовых бактерий в озерах I М. Б. Вайнштейн /I Микробиологические п хпмпческпе процессы в озерах. — М. і Наука, 1979. — С. 115—128.
3. Винберг Г. Г. Опыт изучения фотосинтеза и дыхания в водной массе озера і к вопросу о балансе органпческого вещества. Сообщенпе 1. I Г. Г. Впнберг II Тр. лпмнолог. станцпп в Коспне. — М., 19З4. — Т. 18. — С. 5—24.
4. Горленко В. М. Экология водных микроорганизмов I В. М. Горленко, Г. А. Дубинина, С. И. Кузнецов. — М. і Наука, 1977. — 288 с.
5. Китаев С. П. Экологические основы биопродуктивности озер разных природных зон I С. П. Китаев. — М. і Наука, 1984. — 207 с.
6. Корнева Л. Г. Фитопланктон Рыбинского водохранилища і состав, особенности распределения, последствия эвтрофирования I Л. Г. Корнева I/ Современное состояние экосистемы Рыбинского водохранилища. — СПб. і Гпдрометеопздат, 199З. — С. 50—11З.
7. Корнева Л. Г. Разнообразие и структура фитопланктона некоторых слабоминерализованных разнотипных лесных озер Вологодской области I Л. Г. Корнева II Гидробиологические вопросы. — Якутск, 2000. — Ч. 2. — С. 94—10б.
8. Кузьмин Г. В. Таблицы для вычисления биомассы водорослей I Г. В. Кузьмин. — Магадан, 1984. — 48 с.
9. Методика изучения биогеоценозов внутренних водоемов. — М. і Наука, 1975. — 240 с.
10. Никитина И. Г. Флора п растительность озера Светлояр Горьковской области I И. Г. Нпкп-тина II Тезисы докладов к научной конференции молодых ученых и специалистов сельского хозяйства к 50-летию Велпкой Октябрьской Социалистической революции. — Горький, 19бб. — С. 7б—78.
11. Продукция планктонных ракообразных двух вторично-олиготрофных озер I М. А. Петрова, Т. С. Елагпна, В. К. Спиридонов, Т. А. Филаткина II Гидробиологический журнал. — 1975. — Т. 2, № 1. — С. 82—8б.
12. Семин В. А. Методы определения первичной продукции п деструкции органпческого веще-
ства I В. А. Семин, В. М. Хромов II Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем. — Л. і Гпдрометеопздат, 1992. — С. 245—2б5.
13. Соколова М. А. Растворенный кислород п интенсивность продукционно-деструкционных
процессов в р. Волге в осеннпй период I М. А. Соколова, В. Е. Топнпков II Бпологпя внутренних вод і пнформ. бюл. ИБВВ РАН. СПб. і Наука, 1994. № 97. — С. б1—б5.
14. Трифонова И. С. Экология п сукцессия озерного фитопланктона I И. С. Трифонова. — Л. і Наука, 1990. — 18З с.
15. Kuusisto E. Filling in the gap between hydrology and hydrobiology — the viewpoint of hydrologist I
E. Kuusisto II Aqua fen. — 1984. — V. 14, № 2. — P. 155—1б9.
16. Legendre L. Towards Dynamic Biological Oceanography and Limnology / L. Legendre, S. Demers // Can. J. Fish. Aquat. Sci. 1984. — V. 41. — P. 2—19.
Поступила 22.12.08.
ТАвЙТАеОЁАГ UA 1 AO IAu Ё NBAAnOAA ei fOBIEB AbAATuo AAUAnoa A AOIi NOAbA 1 AAAT I ЁЁЙА
ОаобТёёаб Tile, ЕТ9Тп ГаеТоаб
A noaoua TanOffiaa^ony VaSnVaeoeaTQa laoTaQ e nSaanoaa eTToSTey aSaaTQO aauanoa a aolm6aSa laaa'i^ena, a oaeffia I'SeaTSQ Tai'SaSQanaT aaenoaey, Taam'a+eaa^ea TO^TneOaёu^б^ YSmoToo I'SToaaOSQ eglaSaTey e aaoT l aoegaoee I'SToanna eglaSaTey e TaSaaToee ЭagбёuOaOTa.
Опыт измерений профиля загрязнений атмосферы в городах свидетельствует о том, что концентрации токсикантов распределены в приземном слое 1,5—2,5 м относительно равномерно, и в этом слое, как правило, наблюдается максимальная концентрация загрязнений. Ниже этого слоя конуентрация быстро снижается из-за поглощения подстилающей поверхностью, а выше — из-за рассеивающего действия атмосферы. В связи с этим за уровень измерения концентраций загрязнений целесообразно принять 1,5—2,5 м над подстилающей поверхностью.
Широко известно, что загрязнения атмосферы мегаполисов содержат сотни компонентов и относительно «стандартны», если промышленность города не содержит «экзотических» производств. Обычно состав источников, совокупность генерируемых токсикантов и их количество проинвентаризованы, что используется для приближенных оценок. Однако ничто не может заменить прямых измерений.
Проблема прямых измерений весьма сложна в силу значительного количества компонентов, сравнительной малости измеряемых концентраций, громадного объема и трудоемкости измерений, необходимости обеспечения требуемых точностей измерений для установления искомых зависимостей «доза—эффект». Для практических оценок в России принято определение расчетно-экспериментальным путем суммарного индекса
загрязнения атмосферы (ИЗА) над городскими территориями.
Суммарный ИЗА по m компонентам рассчитывается по формуле:
где I i — парциальный ИЗА по /-му компоненту, qi — средняя за год концентрация /-го компонента, lAj i — предельно-допустимая концентрация /-го компонента в атмосферном воздухе жилой зоны (в различных странах эти стандарты различны), ^ — показатель опасности воздействия вредного компонента на окружающую среду, соответственно а = 0,85; 1,0; 1,3; 1,5 для IV, III, И, I классов опасности вещества.
Выбор парциальных ИЗА осуществляется по следующему ранжиру: 11 > 12 > 13 > 14 > 1у Уровень загрязнения атмосферы признается при:
а) I > 14 — очень высоким;
’ т ’
б) 7 < I < 14 — высоким;
' т ’
в) 5 < I < 7 — повышенным;
' т ’
г) I < 5 — низким.
' т
В данной статье рассматриваются как хорошо зарекомендовавшие себя, так и недавно апробированные методы и средства (датчики) для газоаналитических измерений концентраций вредных веществ в атмосфере, представ-
