БИОЛОГИЯ МОРЯ, 2014, том 40, № б, с. 473-480
УДК 561.26 (268) ПАЛЕОЭКОЛОГИЯ
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАТОМЕЙ В ПОВЕРХНОСТНЫХ ОСАДКАХ МОРЕЙ ВОСТОЧНОЙ АРКТИКИ РОССИИ1
© 2014 г. М. С. Обрезкова1, А. Н. Колесник1, И. П. Семилетов1'2
'Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева (ГОИ)ДВО РАН, Владивосток 690041;
2Иационалъный исследовательский Томский политехническийуниверситет, Томск 634050
e-mail: obrezkova@poi.dvo.ru
Статья принята к печати 20.03.2014 г.
Проведен анализ распределения диатомей в поверхностных осадках моря Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского морей. Изучено количественное содержание диатомей в осадках, которое варьировало в широких пределах. Минимальные концентрации диатомей выявлены в осадках Восточно-Сибирского моря, наибольшие - в осадках Чукотского моря. На основе кластерного анализа в поверхностных осадках изученного региона выделены диатомовые комплексы, распределение которых зависит от гидрологических условий. В море Лаптевых выделены бентический комплекс Amphora libyca, пресноводный Aulacoseira subarctica и солоноватоводный Thalassiosira hyperborea. В восточной части Восточно-Сибирского моря и в северной части Чукотского моря выделен холодно-водный комплекс Th. antarctica; в районе каньона Геральд - высокопродуктивный комплекс Chaetoceros, в районе банки Геральд - сублиторальный комплекс Odontella aurita; в восточной части Чукотского моря у побережья Аляски - комплекс Paralia sulcata, являющийся индикатором опресненных вод, а в южной части этого моря выделены "приледные" комплексы Th. nordenskioeldii и Fragillariopsis oceanica.
Ключевые слова: диатомовые водоросли, поверхностные осадки, море Лаптевых, Восточно-Сибирское море, Чукотское море, кластерный анализ.
Diatom distribution in the surface sediments of the Eastern Arctic seas of Russia. M. S. Obrezkova1, A. N. Kolesnik1,1. P. Semiletov12 ('V.I. Ilyichev Pacific Oceanological Institute, Far East Branch, Russian Academy of Sciences, Vladivostok 690041; 2National Research Polytechnic University of Tomsk, Tomsk 634050)
The distribution features of diatoms in the surface sediments of the Laptev, East Siberian, and Chukchi seas were studied. The sediment diatom content (measured per gram of dry sediment) varied widely, being lowest in the East Siberian Sea and highest in the Chukchi Sea. The cluster analysis revealed several diatom assemblages in the surface sediments of the studied region, their distribution depended on the hydrological conditions. Benthic Amphora libyca, freshwater Aulacoseira subarctica, and brackish-water Thalassiosira hyperborea assemblages were identified in the Eaptev Sea. A cold-water Th. antarctica assemblage was distinguished in the eastern part of the East Siberian Sea and in the northern Chukchi Sea; a highly productive Chaetoceros assemblage, in the Herald Canyon area; a sublittoral Odontella aurita assemblage, in sandy sediments of the Herald Shoal; a Paralia sulcata assemblage, an indicator of low salinity waters, in the eastern Chukchi Sea near Alaska; and "sea-ice" Th. nordenskioeldii and Fragillariopsis oceanica assemblages, in the southern Chukchi Sea. (Biologiya Morya, 2014, vol. 40, no. 6, pp. 473-480).
Keywords: diatoms, surface sediments, Eaptev Sea, East Siberian Sea, Chukchi Sea, cluster analysis.
Всестороннее изучение огромного арктического шельфа Евразии крайне важно по многим причинам. Доказана его роль в формировании климата нашей планеты, оценен практически неиссякаемый сырьевой потенциал. Для понимания таких фундаментальных процессов, как литогенез в шельфовой криолитозоне, климатическая зональность осадкообразования в океанах, тренды изменений окружающей среды в прошлом, настоящем и будущем, особое внимание уделяется особенностям седиментации в арктических морях. В подобных палеогеографических исследованиях широко применяются диатомовые водоросли - одна из основных групп фитопланктона арктических и субарктических морей. Благодаря кремневому панцирю они хорошо сохраняются в осадках, регистрируя прижизненные усло-
вия природной среды. Это позволяет использовать их при реконструкции палеоусловий в северных широтах, где известковый наннопланктон и фораминиферы уступают диатомовым по обилию и степени сохранности. Изучение диатомей в донных осадках морей и океанов необходимо для детальной и достоверной реконструкции условий осадконакопления в геологическом прошлом и для прогнозирования их изменения в будущем.
Диатомовые танатоценозы в поверхностном слое донных осадков, в большей или меньшей степени отражающие биоценозы, являются ключом к анализу ископаемой диатомовой флоры (Жузе, 1962; Пушкарь, Черепанова, 2001). В последние десятилетия растет интерес к изучению диатомовых водорослей в поверхностных осадках морей Восточной Арктики (Полякова, 1997;
1 Работа выполнена при финансовой поддержке Подпрограммы 14 Программы ДВО РАН 42 П "Дальний Восток" (проекты № 14-Ш-В-07-139),
РФФИ (12-05-91167 ГФЕНа) и Правительства РФ (грант№ 2013-220-04-157).
Cremer, 1999; Mukhina, Yushina, 1999; Bauch, Polyakova, 2000; Polyakova, 2001; Tsoy, 2001; von Quillfeldt et al., 2003; Матуль и др., 2007; Обрезкова, Цой, 2008; Цой и др., 2009; Обрезкова, 2012). Уставновлено, что исследование диатомей позволяет получить информацию о современных параметрах поверхностных вод: температуре, солености, течениях, ледовой обстановке, продуктивности и др.
В связи с этим основная цель настоящей работы -выявление особенностей распределения диатомовых водорослей в поверхностных осадках морей Восточной Арктики в зависимости от различных природных условий.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Образцы проб поверхностных осадков моря Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского морей были получены в морских экспедициях ТОЙ ДВО РАН в 2001-2012 гг. (рис. 1). Поверхностные осадки отбирали дночерпателями Ван Вина, "Океан" и бокскорером. Всего изучено 159 образцов (около 300 препаратов).
Для определения количественного содержания диатомей на 1 г воздушно-сухого осадка образцы массой 3-5 г кипятили, затем осадок разбавляли водой до 50 или 100 мл (в зависимости от объема осадка) и тщательно перемешивали; 0.25 мл взвеси использовали для приготовления препарата, по которому проводили подсчет. Для определения качественного состава диатомей остальную часть осадка вновь кипятили с добавлением триполифосфата натрия, а затем промывали. Из-за низкого содержания диатомей все образцы обогащали тяжелой калиево-кадмиевой жидкостью (Диатомовые водоросли..., 1974). Для приготовления препаратов использовали высокопреломляю-щие смолы NORLAND и NAPHRAX с индексом преломления 1.56 и 1.65 соответственно. Виды определяли при увеличении хЮОО с помощью микроскопов Микмед-6 и Axio Imager AI. Количественное соотношение таксонов устанавливали, подсчитывая 100-300 створок на препарат в зависимости от оби-
лия диатомей. Фотографии диатомей были сделаны с помощью цифровых фотокамер DCM130 и Axio Cam MRc.
Комплексы диатомей, характерные для определенных районов морей Восточной Арктики, выделяли с помощью многокомпонентного статистического анализа - восходящей иерархической автоматической классификации, главное назначение которой заключается в разбиении множества исследуемых объектов и параметров на однородные по некоторым признакам группы или кластеры. Большое достоинство кластерного анализа в том, что он дает возможность производить разбиение объектов не по одному, а по ряду признаков. Кроме того, кластерный анализ в отличие от большинства математико-статистических методов не накладывает никаких ограничений на вид рассматриваемых объектов и позволяет исследовать множество исходных данных практически произвольной природы (Халафян, 2007).
Была создана полная выборка для 301 вида диатомей, определенных в поверхностных осадках, отобранных на 145 станциях в море Лаптевых, в восточной части ВосточноСибирского моря (ВСМ) и в Чукотском море. Западную часть ВСМ мы не рассматривали из-за единичного обнаружения диатомей. Впервые кластерный анализ распределения диатомовых водорослей охватил столь обширную территорию. Был проведен Q-кластерный анализ по объектам (станциям) на основе нескольких параметров (содержание 301 вида). Объединение объектов проводили по методу полной связи (объекты, объединенные в один кластер, наиболее отличны от объектов, объединенных в другой кластер). В качестве меры сходства/различия выбран коэффициент корреляции Пирсона - параметр, позволяющий с определенной вероятностью ошибки судить о связи объектов.
Статистическую и графическую обработку результатов исследований проводили в стандартных пакетах программ Excel и Statistica 8.0.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Количественное распределение фитопланктона, в том числе диатомей, - одна из фундаментальных харак-
130° 140" 150° 160' 170" 180° 190*
Рис. 1. Количественное содержание диатомей в поверхностных осадках морей Восточной Арктики. Точки - станции отбора проб.
теристик морских экосистем. Чем выше абсолютная численность диатомей в осадках, тем продолжительнее и ярче были выражены вегетационные периоды (Пушкарь, Черепанова, 2001).
В море Лаптевых диатомеи в поверхностных осадках были распределены неравномерно, их содержание, как правило, было очень низким (рис. 1). Относительно высокая численность (250-800 тыс. экз/г) отмечена на станциях, расположенных в приустьевых участках моря и в б. Буор-Хая в зоне максимального воздействия стока р. Лена. Этот район характеризуется повышенным содержанием биогенных элементов в поверхностных водах (Романкевич, Ветров, 2001). Сходные данные по численности диатомей в поверхностных осадках моря Лаптевых получены Кремером (Сгетег, 1999) и Матулем с соавторами (2007). По мере удаления от дельты р. Лена количество диатомей снижалось и изменялось от 1 до 100 тыс. экз/г. Диатомеи не обнаружены или найдены их единичные створки в образцах, отобранных на берегу из подножья термоабразионных уступов, и в донных пробах, взятых у самого берега. В предыдущих работах (Полякова, 1997) было отмечено повышенное (до 3.2 млн. экз/г) содержание диатомей на станциях к северу от усть
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.