ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2007, том 34, № 2, с. 204-215
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 595.142
развитие микроводорослеи в охотском море в зимних условиях и моделирование их годовоИ динамики
в заливе анива1
© 2007 г. А. В. Леонов*, Т. А. Могильникова**, В. М. Пищальник***, О. В. Зенкин***
*Институт океанологии Российской академии наук 117997 Москва, Нахимовский просп. 36 **Сахалинский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии
693023 Южно-Сахалинск, ул. Комсомольская, 196 ***Сахалинский филиал Дальневосточного геологического института Дальневосточного
отделения Российской академии наук 693023 Южно-Сахалинск, ул. Горького, 25
Поступила в редакцию 30.05.2006 г.
Исследованы возможности формирования повышенных биомасс диатомовых водорослей в зимних условиях в водах Охотского моря и в зал. Анива. Для этого использованы данные экспедиционных наблюдений, спутниковой информации и математическая модель трансформации соединений биогенных элементов (С, Si, N Р). Экспедиционные наблюдения подтвердили, что процесс размножения микроводорослей во льдах Охотского моря происходит достаточно активно. Проведены определения их видового состава. Активное развитие диатомовых зимой подтверждено анализом спутниковых наблюдений при изучении динамики хлорофилла "а" на поверхности моря. Результаты математического моделирования позволили получить количественные данные для характеристики условий развития диатомовых зимой и в течение года, а также взаимосвязанного изменения концентраций биогенных веществ и биомасс сообщества планктонных организмов в зал. Анива. Для Охотского моря подобный анализ выполняется впервые.
Изученность пространственно-временной совместной изменчивости концентраций соединений биогенных элементов и биомасс гидробионтов в морских экосистемах недостаточна, а имеющиеся данные по экологии Охотского моря, одного из наиболее продуктивных морских водоемов, весьма фрагментарны и, как правило, не связаны с исследованиями динамики вод и условиями развития продукционно-деструкционных процессов [21]. Особенность охотоморской экосистемы -присутствие в зимний период подо льдом активно развивающихся водорослей, что визуально неоднократно отмечалось при выполнении зимних проводок судов во льдах в районах разработки нефтегазовых месторождений на шельфе о. Сахалин (в частности, на северо-восточном побережье острова и в зал. Анива в период становления льда). Первые визуальные признаки наличия вспышки фитопланктона зимой появляются уже через 1-2 сут в районах, где устанавливается сплошной ледяной покров. Как правило, это непрозрачные начальные виды образующегося при
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 06-05-96016-р_восток_а) и Научной школы Мин-обрнауки (грант НШ-4376.2006.5).
слабом ветре льда, толщиной 3-5 см и сплоченностью 9-10 баллов. Эти льды достаточно эластичны, легко повторяют форму волн зыби и накрывают водную поверхность в виде простыни (иногда для обозначения такого льда применяют специальный термин "sheet"). При взломе этой ледяной корочки корпусом судна на матовую поверхность льда выплескиваются фонтанчики воды светло-коричневого цвета. По мере увеличения толщины льда такое явление наблюдается не повсеместно, и постепенное распределение фитопланктона подо льдом приобретает явно выраженный пятнистый характер. В течение всего ледового сезона наиболее ярко это явление прослеживается при разрушении сильно всторошенных льдов или отдельных гряд торосов, где нижняя контактирующая с водой поверхность льда не ровная, и имеются условия для скопления микрофлоры в виде прядей, шлейфов, жгутов в зонах "гидродинамической тени". Это такие места подледного пространства, которые закрыты грядами торосов от воздействия течений, отрывающих пряди колоний водорослей ото льда [15]. При переворачивании льдин видно, что их нижняя контактирующая с водой часть часто бывает покры-
та темно-коричневым налетом, который при визуальных наблюдениях с самолета в 1970-1980 гг. идентифицировался как загрязнение льда. Иногда в толстых однолетних льдах количество фитопланктона подо льдом так велико, что на поверхность льда выплескиваются сгустки водорослей, похожие на обрывки канатов.
Факт интенсивного развития водорослей в зимних условиях в шельфовых водах о. Сахалин нашел подтверждение в первой серии проведенных расчетов на математической модели, которые показали наличие зимнего максимума биомассы диатомовых водорослей в зал. Анива [20].
Анализ имеющихся в литературе данных показывает, что в арктических и субарктических морях [13, 28, 29] и в больших озерах [26] зимой интенсивно развивается и формируется так называемая криофильная флора, что является характерной особенностью водных экосистем высоких широт. Термин "криофильная флора" был введен П.И. Усачевым [24] и подразумевал сообщество диатомовых водорослей, развитие которых происходит в присутствии льда. В настоящее время известно >300 криофильных видов водорослей [28].
В зарубежной литературе наиболее часто применяется термин "морские ледовые водоросли" (sea ice algae) при характеристике микроводорослей, чье развитие происходит при непосредственном контакте с морскими льдами, либо с прикреплением к кристаллам льда, либо в воде, содержащейся между кристаллами льда [28]. Морской лед -благоприятная среда обитания микроводорослей, мощный носитель органического вещества (ОВ), концентрирующегося в нем за счет двустороннего осцилляционного обмена между морской водой и жидкой фазой льда. Этот обмен способствует постоянному поступлению к границе вода-лед частиц органического детрита, которые вмерзают в лед и накапливаются в его толще [13]. Развивающаяся во льду флора концентрируется на нижней поверхности ледового покрова, в выступах и углублениях стенок и замкнутых полостях льда, откуда она легко может попадать в морскую воду.
Содержание хлорофилла "а" (Хл "а") в сырой биомассе ледовых водорослей в среднем может быть в несколько раз больше, чем в летнем фитопланктоне, что объясняется адаптацией пигментной системы криофитов к условиям слабой освещенности [13, 27]. Вероятно, этим объясняется зимний максимум Хл "а" при относительно небольших значениях биомассы микроводорослей.
Контролирующим фактором развития криофильных диатомей, как и других морских водорослей, является соленость воды. При ее понижении наблюдается запаздывание в развитии водорослей. Температура подледной воды также определяет продуктивность криопелагических фитоценозов -
вегетация диатомовых водорослей, как показали исследования, возможна даже при отрицательных температурах (-1.8...1.2°С), а при повышении температуры отмечается увеличение численности водорослей в зависимости от их видового состава [12, 14, 32].
Цветение планктонных микроводорослей начинается подо льдом, и после пика развития ледовой флоры наступает пик развития планктонного сообщества, обитающего в водной среде. Время весеннего цветения планктонных водорослей в Северном Ледовитом океане зависит от начала таяния льдов и глубины положения пикноклина, под поверхностью которого концентрируются обогащенные биогенными веществами (БВ) воды, поступающие в результате конвективного перемешивания. Эти факторы, имеющие региональные особенности, определяют разновременность цветения воды в Арктическом регионе с апреля до августа [31]. Очевидно, что во времени цветения ледовых и планктонных микроводорослей имеется некоторый сдвиг, поэтому состав ледовой флоры различается и требует специальных исследований.
Цель настоящего исследования - подтвердить натурными наблюдениями и данными спутниковой информации наличие в зимних условиях в Охотском море повышенных концентраций фитопланктона, а также показать, как с помощью методологии системного анализа и математического моделирования можно изучать особенности динамики развития криофильной флоры в морской среде.
Между содержанием органических и минеральных соединений биогенных элементов, кислорода и развитием биомасс гидробионтов (бак-терио-, фито- и зоопланктона) существуют четко выраженные зависимости. Особенности и закономерности развития и распределения биомасс гидробионтов взаимосвязаны и зависят от условий окружающей среды, а также поступления и круговорота ОВ и БВ. Так как основные факторы окружающей среды, которые обеспечивают круговорот веществ в морской среде, учитываются в математической гидроэкологической модели [11], то эту модель как инструмент водно-экологических исследований можно использовать для выявления условий динамики концентраций ОВ, БВ и биомасс гидробионтов в течение года, а также для специального анализа возможности формирования повышенных биомасс в зимних условиях. Опыт применения этой модели для анализа внутригодовой динамики компонентов в экосистеме Охотского моря имеется [11].
Модель основана на междисциплинарной методологии и способна воспроизвести влияние различных факторов окружающей среды на функци-
Результаты судовых наблюдений на станциях 1-13 за соленостью 5 и температурой Т поверхностной воды
№ станций Широта северная Долгота восточная Дата S, %% Т, °C
1 45° 58' 142° 09' 24.02.01 30.2 -1.0
2 46° 28' 142° 50' 25.02.01 30.7 -1.3
3 46° 01 ' 143° 18' 25.02.01 30.3 -1.5
4 46° 54' 146° 03' 26.02.01 31.0 -1.8
5 51° 18' 143° 50' 28.02.01 31.1 -1.0
6 52° 00' 143° 28' 28.02.01 31.9 -1.6
7 52° 45' 143° 35' 01.03.01 31.9 -1.8
8 51° 18' 143° 52' 02.03.01 31.6 -1.8
9 46° 01 ' 142° 22' 04.03.01 30.6 -1.4
10 45° 49' 142° 00' 05.03.01 31.3 -0.8
11 45°42' 142° 01' 06.03.01 31.8 -0.4
12 46° 00' 141° 50' 06.03.01 30.9 -1.0
13 46° 17' 141° 46' 06.03.01 31.3 -1.0
онирование морской экосистемы, в том числе влияние поступающих в систему ОВ и БВ на сообщество гидробионтов (бактерио-, фито- и зоопланктон). Полученная при моделировании картина динамики концентраций БВ по районам Охотского моря соответствует оцененной по имеющимся немногочисленным комплексным наблюдениям за изменением концентраций гидрохимических показателей [16] с выявленными различиями в сезонной динамике фосфатов и силикатов. В [10, 20] особое внимание было уделено моделированию
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.