ОКЕАНОЛОГИЯ, 2012, том 52, № 3, с. 381-391
МОРСКАЯ БИОЛОГИЯ
УДК 581.132:574.583
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ХЛОРОФИЛЛА "a" И ВИДОВОГО СОСТАВА ФИТОПЛАНКТОНА В СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ЯПОНСКОГО МОРЯ В ЗИМНИЙ ПЕРИОД
© 2012 г. С. П. Захарков1, В. Б. Лобанов1, Т. Н. Гордейчук1, Т. В. Морозова2, Е. А. Штрайхерт1
1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт
им. В.В. Ильичёва ДВО РАН, Владивосток 2 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского ДВО РАН, Владивосток e-mail: zakharkov@poi.dvo.ru Поступила в редакцию 11.03.2010 г., после доработки 21.06.2011 г.
Для оценки структуры и фотосинтетической активности фитопланктона северо-западной части Японского моря использованы результаты съемки, проведенной с 26 февраля по 9 марта 2003 г. во время 30-го рейса НИС "Академик М.А. Лаврентьев". Видовой состав рассматривался с учетом влияния на него гидрологических условий, в частности, изучаемая акватория была поделена на четыре зоны с различной величиной верхнего квазиоднородного слоя (ВКС). Установлена обратная зависимость между толщиной ВКС и содержанием хлорофилла "а" (хл "а") в различных зонах. Основными доминантами в фитопланктоне повсеместно были диатомовые водоросли. Выявлено, что при увеличении ВКС получают развитие более мелкие формы микроводорослей. Внутрипопуляцион-ные отношения обусловлены приспособлением различных видов фитопланктона к воздействию внешних факторов, основополагающим из которых является величина ВКС.
ВВЕДЕНИЕ
Японское море делится на две физико-географические области: бореальную и субтропическую, которые разделяет обширная фронтальная зона. Основным фронтальным разделом между теплым и холодным секторами моря является субарктический фронт, расположенный в центральной части моря [33]. Область фронта и большая часть акватории Японского моря характеризуются интенсивной синоптической динамикой вод, формированием струйных вторжений и вихревых образований, что определяет значительную пространственно-временную неоднородность физических, химических и биологических параметров [1, 16, 17, 21, 22, 33].
Сезонные вариации гидрологических параметров приводят, в первую очередь, к существенным изменениям в вертикальной структуре вод. В зимний период они являются следствием интенсивного конвективного перемешивания. Его глубина изменяется от нескольких десятков метров в области фронта до глубины, превышающей тысячу метров в северо-западной части моря [42, 44]. Столь заметные различия конвективных процессов на фронте, в глубоководной части моря и в зоне шельфа должны приводить к изменениям вертикальной стратификации вод и неоднородно-стям потока биогенных элементов. Сильная пространственная изменчивость гидрологиче-
ских и гидрохимических процессов приводит к существенным неоднородностям в распределении фитопланктона.
Результаты предыдущих исследований показали, что зимой в открытых районах северо-западной части моря наиболее многочисленны диатомовые Coscinodiscus oculus iridis, C. cirvulatus, C. centralis, Chaetoceros atlanticus, C. decipiens, C. concavicornis, Rhizosolenia hebetata, Thalassiothrix longissima, Thalassiosira nordenskioeldii и динофи-товая Ceratium fusus [18, 19]. Однако, уровень их биомассы (БМ) довольно низок — десятки, изредка сотни мг/м3. Зимой основным фактором, сдерживающим развитие фитопланктона в глубоководных районах, является значительная мощность верхнего квазиоднородного слоя (ВКС), когда глубина перемешивания в два раза и более превышает глубину эвфотического слоя (ЭС) [27], угнетая развитие фитопланктона.
Совершенно иная картина наблюдается в прибрежной зоне. Зимний фитопланктон зал. Петра Великого и сопредельных прибрежных вод Приморья характеризуется вспышкой БМ (несколько граммов на 1 м3), зачастую самой значительной за год. Этому в основном способствуют такие факторы, как усиление конвективного перемешивания водной толщи, адвекция вод глубокого моря, вызываемая зимними сгонными ветрами, обилие биогенов, а также малые глубины, в результате
132 133 134 135 °в.д. 132 133 134 135 °в.д.
Рис. 1. Расположение гидробиологических станций и зон: П — прибрежная, С/А —субарктическая, Ф —фронтальная, В — вихрь (а); распределение хл "а" в северо-западной части Японского моря по данным сканера цвета океана (б).
чего водоросли постоянно находятся в слое фотосинтеза. В зимнем планктоне прибрежья Приморья повсеместно преобладают диатомовые водоросли, среди которых доминирует аркто-бореаль-ная Thalassiosira nordenskioeldii (60—90% от их суммарной БМ). Также многочисленны Chaetocer-os concavicornis, C. convolutus, C. debilis, C. decipiens, C. pseudocrinitus, C. socialis, Corethron hystrix, Cylin-drotheca closterium, Coscinodiscus oculus iridis, Porosira glacialis, Rhizosolenia hebetata, Thalassiosira anguste-lineata, T. gravida, Thalassiothrix longissima, Pyxidicula nipponica [10, 11, 12, 13, 14, 15, 23, 24, 25, 28].
Несмотря на то, что ряд характеристик фитопланктона в северо-западной части Японского моря известен, детали его пространственного распределения и взаимосвязи с гидрологическими условиями в зимний период ранее не были изучены. Между тем, исследование количественных характеристик фитопланктона и его видового состава актуально для выявления зон, благоприятных для скопления гидробионтов, определяющих промысловую обстановку [7, 32].
Задачами настоящей работы являлись описание пространственной изменчивости характеристик фитоцена в северо-западной части Японского моря в зимний период в основных гидрологических и батиметрических зонах, а также исследование зависимости содержания хл "а" от глубины ВКС.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Гидрологические и биологические измерения были выполнены в 30-м рейсе НИС "Академик
М.А. Лаврентьев", организованном Тихоокеанским океанологическим институтом им. В.И. Ильичева при участии сотрудников Института биологии моря им. А.В. Жирмунского ДВО РАН в рамках продолжения международной программы КРИМС-II (CREAMS-II) [36, 43, 44]. Измерения проводились в период с 26 февраля по 9 марта 2003 г. и включали: зондирования с помощью CTD-зонда Neil Brown MK-III; отбор проб воды системой "Rosette" 1015 с пластиковыми батометрами Нискина объемом 5 л; выполнение основных анализов на борту судна и консервацию проб для последующего анализа на берегу. Район работ охватывал северо-западную часть Японского моря и включал шельф, зону глубокой конвекции, фронт и область антициклонического вихря. Всего было выполнено 66 станций. Схема их расположения приведена на рис. 1а.
Относительную прозрачность воды определяли с помощью диска Секки. Ввиду отсутствия измерений интенсивности фотосинтеза нижняя граница фотосинтетического слоя приравнивалась к глубине ЭС (1% от подповерхностной фо-тосинтетически активной солнечной радиации). Эти значения были получены умножением глубины видимости диска (Hc) на 3 [40]. В случае отсутствия данных по Hc эти данные восстанавливались по концентрации хл "а" следующим образом: для 20 станций, на которых были выполнены одновременные измерения Hc и концентрации хл "а" в приповерхностных горизонтах, Hc хорошо аппроксимировалась (R = 0.87) зависимостью:
у = 15.727Х-0-334,
где х — концентрация хл "а" (мг/м3), а у — Нс (м).
Концентрация хл "а" определялась параллельно спектрофотометрическим и флуориметриче-ским методами [9, 37] в пробах фитопланктона, отфильтрованных на стекловолокнистых фильтрах GF/F фирмы Whatman. Флуориметрический метод более точно позволял измерять низкие концентрации пигмента. На горизонтах, где отсутствовали пробы на хл "а", величины его концентрации восстанавливались по данным о стационарном уровне индукционной кривой замедленной флюоресценции (ЗФ) фитопланктона [2, 4-6].
Пробы воды для анализа фитопланктона фиксировали раствором Утермеля до светло-желтого цвета и концентрировали методом обратной фильтрации через нуклеопоровые фильтры с диаметром пор 2 мкм. Подсчет клеток наннопланк-тона производили в камере Ножотта, объемом 0.07 мл, микропланктона — объемом 1 мл. БМ водорослей оценивали объемным методом, используя оригинальные и литературные данные измерений объема клеток каждого вида и считая удельный вес водорослей равным единице [10, 20]. Доминирующими считали виды, плотность которых составляла не менее 20% от общей плотности фитопланктона, субдоминирующими — 5—19% [13]. При установлении систематического положения диатомовых водорослей применяли систему Еленкина с изменениями [3, 26]. Для остальных отделов в основу классификации положена система Парке и Диксона [39] с некоторыми изменениями и дополнениями [35, 41].
Для планирования съемки и последующего анализа пространственной структуры вод и распределения хл "а" использовалась спутниковая информация, полученная в Центре космического мониторинга ИАПУ ДВО РАН (www.satel-lite.dvo.ru) и в Центре хранения и обработки спутниковой информации NASA-GSFC (Goddard Space Flight Center — www.oceancolor.gsfc.nasa.gov).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Температура, соленость и толщина верхнего квазиоднородного слоя. Распределение температуры воды (Т) и солености (S) на поверхности моря по результатам съемки представлено на рис. 2 (а, б). Наиболее низкие значения Т (рис. 2а) отмечались в заливе Петра Великого и прибрежной зоне Приморья в северной части исследуемого района, где за счет интенсивного охлаждения температура воды имела отрицательные значения. В центральной части района отмечалась довольно однородная область холодных вод со значениями Т около 0.5—1.0°С. Заметное повышение Т наблюдалось к югу, где в области субарктического фронта она достигала 3.8 — 4.1°С. Антициклонический вихрь
диаметром около 50 км наблюдался в южной части района исследований с центром около 40.7° с.ш. и 133.5° в.д. Несмотря на то, что на спутниковых изображениях в инфракрасном диапазоне он выделялся как изолированная область относительно теплых вод, на карте поверхностной температуры моря (ТПО), построенной по результатам судовых измерений, вихрь сливается с областью фронтальной зоны в силу недостаточного пространственного
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.