научная статья по теме ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО КИЗИЛТАШСКИХ ЛИМАНОВ Геология

Текст научной статьи на тему «ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО КИЗИЛТАШСКИХ ЛИМАНОВ»

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2014, том 41, № 1, с. 60-73

КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

УДК 551.465

ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО КИЗИЛТАШСКИХ ЛИМАНОВ

© 2014 г. А. И. Агатова, Н. В. Аржанова, Н. М. Зозуля, Н. М. Лапина, Н. И. Торгунова, Ю. А. Головина

Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии 107140 Москва, Верхняя Красносельская, 17 E-mail: biochem@vniro.ru Поступила в редакцию 03.07.2012 г.

Приведены данные по биохимическому мониторингу экосистем Кизилташских лиманов — единственных естественных водоемов в российской части Черного моря, где в настоящее время осуществляется пастбищное выращивание ценнейших промысловых рыб. Приведены концентрации растворенного и взвешенного органического вещества, которые в 2—5 раз превышают значения, характерные для прибрежной части Черного моря (от 7.9 до 27.7 мг/л и от 0.3 до 1.5 мг/л соответственно). Основной биохимический компонент растворенного органического вещества — углеводы, взвешенного — белок. Доля взвешенного органического вещества в Кизилташских лиманах не превышает 7%. Изучен элементный (C, N, P) и биохимический состав органического вещества (углеводы, белки, липиды). Скорости тех или иных ферментативных реакций меняются по сезонам. Так, весной очень интенсивны процессы отщепления фосфатов от фосфорорганических соединений при первичном продуцировании, а летом интенсивны процессы окисления органического вещества, катализируемые ферментами электрон-транспортной системы.

Ключевые слова: растворенное и взвешенное органическое вещество, элементный и биохимический состав, гидролазы и окислительно-восстановительные ферменты.

Б01: 10.7868/80321059614010039

Кизилташские лиманы — это группа лагунных водоемов, относящихся к Таманской системе Кубанских лиманов. Их площадь--280 км2, средняя глубина — 1.2—1.5 м. В состав Кизилташской группы входят лиманы Кизилташский, Цокур и Бугаз (рис. 1). Они изолированы от Черного моря широкой песчаной пересыпью, покрытой небольшими дюнами (кучугурами). Лиманы отделены друг от друга аккумулятивными перемычками и древним останцем. Прямая водообменная связь с Черным морем осуществляется в лимане Бугаз посредством Бугазского гирла, а с рекой Кубанью в Кизилташском лимане — пресноводным водопо-дающим магистральным каналом (называемым р. Кубанкой). Кизилташские лиманы — сравнительно молодая водная экосистема, существующая ~60 лет [12], поэтому все воздействия на нее могут вызвать необратимые изменения как в абиотической, так и биотической ее составляющих.

Изучение изменчивости во времени и пространстве количества и качества органического вещества (ОВ) — растворенного (РОВ) и взвешенного (ВОВ) необходимо для понимания процес-

сов, формирующих и поддерживающих функционирование водных экосистем. С одной стороны, такие исследования дают возможность судить об энергетических запасах для развития гетеротрофной жизни, а с другой стороны — о тех изменениях, которые претерпевает ОВ как в процессе утилизации его сообществом, так и в результате различных абиотических воздействий на данную экосистему [20, 24]. Важный показатель степени антропогенной нагрузки на водоем, а также степени преобразованности первичнопродуцируе-мого ОВ — молярное соотношение углерода, азота и фосфора в нем (С : N : Р) [22, 26].

Изучение биохимического состава ОВ позволяет судить о его пищевой ценности для гидробион-тов высших трофических уровней и проследить за его трансформацией в водных экосистемах. Пространственно-временные изменения концентраций основных биохимических компонентов РОВ и ВОВ (белки, углеводы, липиды), а также их соотношений в большой степени зависят от биологической активности автотрофных и гетеротрофных микрообитателей этих экосистем [5, 7]. Центральную роль в круговороте ОВ в морской экосистеме

36°52' Е 36°54' Е 36°56' Е 36°58' Е 37°00' Е 37°02' Е 37°04' Е 37°06' Е 37°08' Е 37°10' Е 37°12' Е

Рис. 1. Карта-схема расположения станций отбора проб в группе Кизилташских лиманов. Цифры на карте — номера станций.

играет бактериопланктон, который не только является передатчиком основной массы вещества через микробиологическую пищевую сеть от первичных продуцентов к гетеротрофным организмам более высоких трофических уровней, но и способствует усвоению ими аллохтонного вещества [16, 18].

Преобразования ОВ осуществляются главным образом с помощью ферментов — белковых катализаторов, обладающих высокой каталитической активностью и специфичностью. Ферменты катализируют реакции метаболизма, идущие в популяциях планктона и во фракции взвеси (микропланктон и ферменты, сорбированные на детрите). Измерение активности соответствующих ферментов катаболизма во взвеси дает возможность сравнить скорости и пути преобразования ОВ, скорости регенерации биогенных элементов и их оборачиваемость в продукционно-деструкционном цикле, а также оценить полноту использования вещества и энергии в метаболизме данной экосистемы. Особое значение имеют гидролитические ферменты, которые расщепляют разнообразные полимеры до низкомолекулярных органических соединений, и окислительно-восстановительные ферменты, которые окисляют Сорг, Морг и Рорг до простых окислов и тем самым выводят их из круговорота [1, 3].

В настоящее время Кизилташские лиманы — единственные естественные водоемы в российской части Черного моря, где осуществляется пастбищное выращивание ценнейших промысловых рыб, в первую очередь кефалей [10]. Для оценки их ресурсных и воспроизводственных возможностей впервые летом 2010 г. были начаты комплексные гидролого-биогидрохимические исследования этой уникальной экосистемы. Изучение количественной и качественной изменчивости ОВ во времени и пространстве, а также скоростей его трансформации — неотъемлемая часть этих исследований.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Основные данные получены во время комплексных экспедиций в июле и сентябре 2010 г., в мае, июле—августе и сентябре 2011 г.

Отбор проб воды для биогидрохимических анализов, получение ВОВ, приготовление его го-могенатов, методы определения основных биохимических компонентов (углеводов, белков, липи-дов) в растворе и во взвеси подробно описаны в методических рекомендациях [14, 15].

Концентрацию растворенного органического углерода — Сорг (РОУ) определяли методом высо-

котемпературного (680°) каталитического сожжения на Т0С-5000 (фирма "Shimudzu", Япония).

По сумме основных биохимических компонентов во взвеси рассчитывали концентрацию взвешенного Сорг (ВОУ). Коэффициент пересчета ОВ в Сорг был принят равным 0.5.

Концентрации и Рорг рассчитывали по разнице между значениями концентраций валовых и минеральных форм этих элементов, которые определяли по методам, описанным в [15].

Активность щелочной фосфатазы определяли с пара-нитрофенилфосфатом (п-НФФ) в качестве субстрата. Концентрации п-нитрофенола, образовавшегося при отщеплении фосфатного радикала от п-НФФ, измеряли спектрофотомет-рически (X = 420 нм) [6]. Значения удельной (Фуд) и общей (Фобщ) активности использовали для характеристики щелочной фосфатазы. Фуд показывает, какое количество фосфора, мкМ, отщепляется за 1 ч в расчете на 1 мг белка взвеси. Фобщ определяет количество фосфора, мкМ, минерализованного фракцией взвеси в 1 л исследуемой воды за 1 ч.

Протеолитическую активность определяли с азоказеином в качестве субстрата и характеризовали удельной (Пуд) и общей (Побщ) активностью. Пуд показывает количество азоказеина, мг, расщепляемого за 1 ч на 1 мг белка во взвеси, а Побщ — количество азоказеина, мг, расщепляемого за 1 ч в 1 л исследуемой воды. Концентрацию красителя, высвобождающегося в результате гидролиза, измеряли по интенсивности поглощения при 340 нм [25].

В основе метода определения активностей ферментов электрон-транспортной системы (ЭТС) лежит принцип передачи электронов от органических субстратов на производные хлорида фенил-тетразолия. В результате восстановления этих производных образуются формазаны с максимумом поглощения при X = 490 нм [21]. Значения удельной (ЭТСуд) и общей (ЭТСобщ) активности использовали для характеристики активности ферментов ЭТС. ЭТСуд показывает количество О2, мкл, поглощаемого за 1 ч на 1 мг белка, а ЭТСобщ — количество О2, мкл, потребляемого за 1 ч, или количество ОВ, мкг, окисляемого за 1 ч в 1 л исследуемой воды.

Измерения скоростей реакций, катализируемых соответствующими ферментами, проводили при температурах in situ.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Растворенный и взвешенный Сорг

РОУ и ВОУ — основные показатели концентраций РОВ и ВОВ соответственно. Для Кизилташ-ских лиманов характерны высокие концентрации РОУ, которые в 2—5 раз превышают концентрации РОУ в прибрежной части Черного моря, соединяющейся с лиманами. Значения этих концентраций изменяются в довольно широких пределах как во времени, так и в пространстве (табл. 1). Для всех лиманов наибольшие величины РОУ наблюдаются летом и осенью, а наименьшие — весной. От весны к осени значения этих концентраций увеличиваются на 3—7 мг/л. Самые большие колебания концентраций происходят в Бугазском лимане в районе непосредственного водообмена с Черным морем и в Кизилташском лимане в районе проникновения вод р. Кубанки.

Для этих лиманов следует отметить не только межсезонную, но и довольно значительную межгодовую изменчивость содержания РОУ. Так, летом и осенью 2011 г. по сравнению с летом и осенью 2010 г. средние концентрации РОУ в лимане Цокур выросли на 2—3 мг/л, а в лиманах Бугаз и Кизилташ — на 5—6 мг/л. Вероятно, непосредственная связь Кизилташского лимана с р. Кубанкой, а Бугазского лимана — с Черным морем обуславливает и межгодовую изменчивость концентраций РОВ в них — большую, чем в изолированном лимане Цокур.

В отличие от РОУ, наибольшие концентрации ВОУ характерны для весны и осени; исключение составляет Бугазский лиман, концентрации в котором осенью практически совпадают с летними и только весной увеличиваются в 2—5 раз по сравнению с летними, вероятно, за счет интенсивного первичного продуцирования (ПП) ОВ в это время. Наиболее значительный перепад концентраций ВОУ от лета к осени был характерен для Кизи-лташско

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком