CC BY
14
Серия «Биология. Экология»
2011. Т. 4, № 1. С. 67-72 Онлайн-доступ к журналу: http://isu.ru/izvestia
И З В Е С Т И Я
Иркутского
государственного
университета
УДК 57.2(574.52)(574.583)
Влияние ветров на обилие планктона в период прямой термической стратификации 2009 г. в Южном Байкале (р-н пос. Большие Коты)
12 1 Е. В. Пислегина , К. С. Щапов , Л. Р. Изместьева
1 Научно-исследовательский институт биологии при Иркутском государственном университете, Иркутск 2Иркутский государственный университет, Иркутск E-mail: [email protected]
Аннотация. Установлено, что ветры различного направления играют не последнюю роль в динамике абиотических показателей и распределении планктона в глубоководной части Южного Байкала. При ветре с западного берега наблюдается повышение прозрачности и понижение температуры воды, обеднение планктона. При ветре восточного, северо-восточного и южного направлений происходит увеличение температуры воды и обилия планктона, а также понижение прозрачности.
Ключевые слова: ветровое воздействие, пелагиаль, фитопланктон, зоопланктон, температура, прозрачность.
Введение
Благодаря постоянству направлений ветров (с преобладанием северо-восточных), а также уровней вод в районах устьев крупных притоков и в самом озере Байкал создаются горизонтальные течения, имеющие более или менее постоянный характер. Из постоянных течений известны Селенгинское, Ангаро-Кичерское, Баргузинское. Хорошо изучено Селенгинское, которое особенно близко подходит к западным берегам (в период преобладания северовосточных ветров) [6].
На Южном Байкале регистрируется несколько типов ветров. Это два ориентированных по продольной оси озёрной котловины ветра: северо-восточного (местное название «верховик») и юго-западного («култук») направления, а также ветры, дующие с одного берега озера на другой: северо-западного («горная») и юго-восточного направлений («шелоник») [2].
Из литературных источников известно, что ветры северо-восточного сектора, будучи весьма сильными и продолжительными, преобладают в районе исследования над всеми прочими и вызывают заметные течения поверхностных вод [2]. Северо-западные ветры оказывают мощное влияние на горизонтальную и вертикальную циркуляцию вод озера. Они гонят верхние слои воды от западных берегов к восточным, а взамен их возникают компенсационные течения в глубинах озера (сгонно-нагонные явления).
По предположению авторов, господство ветров северо-восточного, юго-западного, юговосточного и южного направлений в исследуемом районе должно приводить к возрастанию температуры воды и обилия планктона, а так же снижению прозрачности. При поперечном же ветре с западного берега температура воды и количество планктона, напротив, должны снижаться, и повышаться прозрачность.
Цель настоящей работы - провести анализ воздействия гидрометеорологических факторов на обилие фито- и зоопланктона в районе исследования в период прямой термической стратификации (июнь - ноябрь) 2009 г.
Материалы и методы
Материалом для анализа в настоящей работе послужили данные о скорости и направлении ветра, температуре и прозрачности воды, концентрации хлорофилла а и численности зоопланктона в период прямой термической стратификации вод озера в 2009 г. Именно в этот период происходит прогревание верхнего 50-метрового слоя воды, где концентрируется основная масса фито- и зоопланктона.
Показания скорости и направления ветра получены нами из широкого набора метеорологических данных, которые фиксирует автоматическая погодная станция Vantage Pro 2, установленная на западном берегу Южного Байкала на биостанции НИИ биологии (пос. Бол. Коты) в июне 2009 г.
Отбор проб проводили на постоянной станции (точка № 1), которая находится на расстоянии 2,7 км от берега (К - 51°52'48”, Е - 105°05'02”) над глубиной 800 м против биостанции НИИ биологии при ИГУ (пос. Бол. Коты).
Пробы воды для определения концентрации хлорофилла а отбирали семилитровым батометром от поверхности до глубины 250 м. Одновременно производились замеры температуры воды встроенным в батометр ртутным термометром и прозрачности с использованием диска Секки.
Отбор проб зоопланктона проводился планктонной сетью Джеди с диаметром входного отверстия 37,5 см и фильтрующим конусом из мельничного газа № 55 (100 мкм). Пробы отбирались послойно до глубины 250 м.
Концентрацию хлорофилла а, определение которого признано большинством исследователей как быстрый и доступный способ количественного определения биомассы фитопланктона, устанавливали стандартным спектрофотометрическим методом после фильтрования через нуклеопоровые фильтры с диаметром пор 0,7 мкм [9].
Пробы зоопланктона после фиксирования и отстаивания концентрировали, осадок исследовали в счётной камере при помощи светового микроскопа [5]. Для определения видовой принадлежности зоопланктона применялись справочники-определители [1].
В работе использованы данные по температуре воды и концентрации хлорофилла а, измеренные и рассчитанные для поверхностного горизонта (горизонта 0 м), а также значения температуры воды, концентрации хлорофилла а и численности зоопланктона в слое 0-10 м, рассчитанные как взвешенная арифметическая средняя [3].
Анализ данных проведён при помощи Excel из пакета программ MS Office. Анализировались данные за те календарные даты, по которым имелся полный набор обеих групп показателей (метеорологических и гидрологогидробиологических).
Результаты и обсуждение
Согласно данным наблюдений в 2009 г. период прямой термической стратификации в районе исследования продолжался с 27 июня по 12 ноября (табл. 1).
Таблица 1
Показатели скорости и направления ветра и данные отбора проб у западного побережья Южного Байкала (р-н пос. Бол. Коты) в поверхностном горизонте в период прямой термической стратификации 2009 г.
Дата Направление ветра* Средняя скорость ветра , м/с Температура воды, °С Прозрачность, м Концентрация хлорофилла a Схл, мг/м3
27 июня северо-восточный 0,5 4,0 25,0 0,24
06 июля северо-западный 0,7 5,6 20,0 0,18
17 июля северо-восточный 0,9 8,0 10,0 0,62
24 июля южный 0,4 14,9 5,5 1,14
30 июля северо-восточный 1,3 14,8 7,0 1,24
07 августа южный 0,6 18,2 9,0 1,31
14 августа северо-западный 1,2 14,6 9,0 1,20
21 августа северо-восточный 1,1 16,0 10,0 0,76
27 августа северо-восточный 1,4 10,8 8,0 1,40
05 сентября северо-западный 2,6 12,0 8,5 1,80
28 сентября северо-западный 3,9 9,0 11,0 0,99
08 октября северо-западный 1,2 8,4 8,5 1,48
16 октября северо-восточный 1,6 8,0 11,0 1,14
12 ноября северо-западный 4,0 4,5 16,0 0,44
Среднее 1,52±0,31 10,6±1,2 11,3±1,4 1,00±0,13
Примечание: - использованы данные за сутки до отбора проб
Существующий набор данных мы попытались соотнести с показателями направления ветра, так как, по нашему предположению, ветер каждого направления должен оказывать различное влияние на гидрологический режим пелагиали и показатели обилия в ней планктона.
Из имеющихся четырнадцати дат ветер продольного северо-восточного направления (верховик) регистрировался в шести из них (43 %), поперечного направления с западного берега (горная) - 6 дат (43 %), с восточного берега (шелоник) - 2 даты (14 %).
В соответствии с этим соотношением были выяснены зависимости концентрации хлорофилла а в поверхностном горизонте пелагиали от скорости и направления ветра.
Как видно из рис. 1, выраженная положительная зависимость концентрации хлорофилла «а» в поверхностном горизонте наблюдается при ветре продольного северо-восточного направления, при господстве которого в районе исследования наблюдается некоторый рост обилия планктона, увеличение температуры воды и понижение прозрачности. Как отмечалось ранее, при господстве этого ветра Селен-гинское течение особенно близко подходит к западному берегу [6]. Нашими данными был фактически подтверждён тезис о том, что Се-ленгинское течение может достигать района пади Бол. Коты, изменяя не только количество планктона, но температуру и прозрачность воды.
В то же время при господстве поперечного ветра северо-западного направления происходит сгон воды к восточному берегу, что приводит к понижению температуры воды и уменьшению обилия планктона. Об этом свидетельствует обратная линия тренда (см. рис. 1).
Напротив, ветер с восточного берега, который также относится к поперечному типу (в
районе исследования это ветра южного и юговосточного направления), приносит более теплую и богатую фито- и зоопланктоном воду. Подводный склон восточного берега Байкала более пологий, чем западный. Соответственно, прогревание водной массы и, как следствие, развитие планктона у восточного берега идёт быстрее. По нашим данным, за период с 17.07 по 24.07.2009 г. в поверхности увеличиваются температура (на 7 °С), концентрация хлорофилла а (примерно в два раза) и падает прозрачность (на 4,5 м) (см. табл. 1). Согласно показаниям погодной станции, в это время господствовал поперечный (южный) ветер с восточного берега. При построении графических зависимостей данные за эти две календарные даты не рассматривались ввиду их недостаточности (14 %).
В то же время, имея набор данных по обилию не только фитопланктона, но и зоопланктона, мы решили проверить влияние ветрового воздействия на количественные показатели обеих групп, а также на температуру воды в слое 0-10 м.
Как видно из данных табл. 2, за недельный период с 17.07 по 24.07.2009 г. в слое 0-10 м произошло не только увеличение концентрации хлорофилла а (в 2,5 раза) и температуры (на 4,2 °С), но и численности зоопланктона (в 23 раза). Это вновь доказывает влияние поперечного ветра с восточного побережья на формирование количественных характеристик фи-то- и зоопланктона в районе исследования.
Теснота связи между обилием фито- и зоопланктона в слое 0-10 м и скоростью ветра в зависимости от его направления представлена ниже (рис. 2).
А
Б
ей
Ц
Ц
8
О
а
о "
ей
а н я о Я Я о
0 2.5 5
Скорость ветра, м/с
Рис. 1. Зависимость концентрации хлорофилла а в поверхностном горизонте Южного Байкала от скорости ветра различных направлений: А - продольного (северо-восточного), Б - поперечного с западного берега
Таблица 2
Показатели направления ветра и данные отбора проб у западного побережья Южного Байкала (р-н пос. Бол. Коты) в слое 0-10 м в период прямой термической стратификации 2009 г.
Дата Направление ветра* Температура, °С Схл, мг/м3 Численность зоопланктона, тыс. экз./м2
27 июня северо-восточный 4,0 0,23 12,26
06 июля северо-западный 5,2 0,25 333,45
17 июля северо-восточный 7,9 0,79 92,25
24 июля южный 12,і 2,00 2146,50
30 июля северо-восточный 14,8 і,24 35,10
07 августа южный 18,0 і, 17 153,90
14 августа северо-западный 14,і 1,08 380,25
21 августа северо-восточный 15,7 0,83 220,50
27 августа северо-восточный 10,6 і,76 1344,60
05 сентября северо-западный 12,0 1,31 720,56
28 сентября северо-западный 9,0 і, 12 118,13
08 октября северо-западный 8,4 1,18 124,03
16 октября северо-восточный 8,0 0,98 92,93
12 ноября северо-западный 6,2 0,40 9,27
Среднее 10,6±1,2 1,03±0,14 413,12±164,43
Примечание: * - использованы данные за сутки до отбора проб
А
Б
«
S
£
рт
X
е
я
X
о
И
а
а
ч
4
5 &
о
р
о
ь
т
с
о
X
X
е
4
с
5
F
м
к
В
1500.0
1000.0 500.0
Г
R2 = 0.11 ♦
0.0
Скорость ветра, м/с
5.0
Рис. 2. Зависимость концентрации хлорофилла а и численности зоопланктона в слое 0-10 м в пелагиали Южного Байкала от скорости ветра различных направлений: А, В - продольного северо-восточного; Б, Г -поперечного с западного берега
Нам показалось интересным проследить также изменения взаимозависимостей показателей абиотических факторов на границе раздела водной и воздушной сред (рис. 3).
Как и следовало ожидать, положительная зависимость прозрачности и температуры воды установлена в случае господства ветра северо-восточного направления и отрицательная - при господстве ветра с западного берега. Это ещё раз подтверждает наши предположения о влиянии ветров различного направления не только на гидрологические характеристики вод пелагиали южной части Байкала, но и на показатели обилия планктонных организмов.
Заключение
Установлено, что в период прямой термической стратификации 2009 г. в районе исследования господствовали ветры северо-восточного (продольного) и северо-западного (поперечно
го с западного берега) направлений. Ветер южного направления не был преобладающим, однако его влияние прослеживается как в изменении количественных показателей планктона, так и температуры и прозрачности воды.
Получило подтверждение наше предположение относительно влияния ветров различного направления на абиотические показатели водной среды и на обилие планктона. Ветер северо-восточного направления приносит в район исследований воды Селенгинского течения, изменяя, таким образом, не только количественные показатели планктона, но и температуру, и прозрачность воды. Ветра поперечного направления с западного и восточного берега активно участвуют в сгонно-нагонных явлениях и по-разному изменяют абиотические и биотические показатели в пелагиали. При ветре с западного берега наблюдается снижение обилия планктона, повышение прозрачности и понижение температуры воды. При ветре с восточного берега, напротив, происходит рост обилия планктона, повышение температуры воды и снижение прозрачности.
А
20.0 ♦
Б
Я2 = 0.13
10.0
0.0
0.0
5.0
О 20.0
£ 15.0
О
са
а 10.0 £
& 5.0
В
Я2 = 0.21 ♦ ♦
И
н 0.0
20.0
10.0
0.0
0.0 5.0 10.0 0.0
Скорость ветра, м/с
Г
Я2 = 0.40 ♦
5.0
Рис. 3. Зависимости прозрачности и температуры воды в поверхности пелагиали Южного Байкала от скорости ветра при господстве ветров: А, В - продольного северо-восточного и Б, Г - поперечного с западного берега.
Таким образом, сезонная динамика планктона пелагиали Южного Байкала, определяемая в первую очередь температурным режимом [4; 7; 8], в значительной степени «корректируется» сменой направления и силой ветра.
Литература
1. Атлас и определитель пелагобионтов Байкала (с краткими очерками по их экологии) (Справочники и определители по фауне и флоре озера Байкал) / отв. ред. О. А. Тимошкин. - Новосибирск : Наука, 1995. - 694 с.
2. Верболов В. И. Гидрометеорологический режим и тепловой баланс озера Байкал / В. И. Верболов, В. М. Сокольников, М. Н. Шимараев. - М. : Наука, 1965. - 371 с.
3. Закс Л. Статистическое оценивание / Л. Закс. -М. : Статистика, 1976. - 598 с.
4. Изместьева Л. Р. Температурный режим и развитие фитопланктона в пелагиали Байкала / Л. Р. Изместьева // Экосистемы и природные ресурсы горных стран : материалы Первого междунар. симп. «Байкал. Современное состояние поверхно-
стной и подземной гидросферы горных стран» (Иркутск, 27-28 окт. 2004 г.). - Новосибирск, 2004. -С. 82-87.
5. Инструкция по обработке проб планктона счётным методом / О. М. Кожова, Н. Г. Мельник ; отв. ред. Г. И. Помазкова. - Иркутск : Изд. Иркут. ун-та, 1978. - 50 с.
6. Кожов М. М. Очерки по байкаловедению / М. М. Кожов. - Иркутск : Вост.-Сиб. кн. изд-во, 1972. - 254 с.
7. Пислегина Е. В. Зависимость пелагического зоопланктона от температуры воды в Южном Байкале / Е. В. Пислегина // Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов : материалы. науч. конф. 20-24 сентября 2005 г. - Иркутск, 2005. - С. 426-428.
8. Шимараев М. Н. Влияние температурных условий на межгодовые изменения летнего зоопланктона пелагиали / М. Н. Шимараев, Э. Л. Афанасьева // Биологическая продуктивность пелагиали Байкала и её изменчивость. - Новосибирск, 1977. - С. 61-76.
9. Report of SCOR-UNESCO working group 17. Determination of photosynthetic pigments. - Paris : UNESCO, 1964. - 12 p.
Influence of wind carrying over on an abundance of a plankton in direct thermal stratification of 2009 in Southern Baikal (settlement the Bolshie Coty)
E. V. Pislegina1, K. S. Shchapov2 , L. R. Izmestyeva1
1 Research Institute for Biology, Irkutsk State University, Irkutsk
2 Irkutsk State University, Irkutsk
Abstract. It is established that the wind of a various direction plays not last role on an abundance of a plankton and other indicators in open part of Southern Baikal. At a wind from west cost there is a plankton pauperization, increase of a transparency and water temperature fall. At a wind of east, northeast and southern directions, there is an increase in a plankton, water temperature and transparency reduction.
Keywords: wind influence, Baikal, phytoplankton, zooplankton, water temperature and transparency.
Пислегина Елена Васильевна
Научно-исследовательский институт биологии при ИГУ
664003, г. Иркутск, ул. Ленина,3, а/я 24 кандидат биологических наук, научный сотрудник тел: (3952) 24-30-77 E-mail: [email protected]
Щапов Кирилл Сергеевич
Иркутский государственный университет,
664003, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 126 студент
E-mail: [email protected] Изместьева Любовь Равильевна
Научно-исследовательский институт биологии при ИГУ
664003, г. Иркутск, ул. Ленина,3, а/я 24
кандидат биологических наук,
старший научный сотрудник
тел: (3952) 24-30-77
E-mail: [email protected]
Pislegina Elena Vasilyevna Irkutsk State University Research Institute for Biology 3 Lenin St., Irkutsk, 664003 Ph. D. in Biology, research scientist phone: (3952) 24-30-77 E-mail: [email protected]
Shchapow Kiril Sergeevitch,
Irkutsk State University
126 Lermontov St., Irkutsk, 664003, Russia
student
E-mail: [email protected]
Izmestyeva Lybov Ravilievna
Irkutsk State University
Research Institute for Biology
3 Lenin St., Irkutsk, 664003
Ph.D.in Biology, senior research scientist
phone: (3952) 24-30-77
E-mail: [email protected]
