БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2007, № 2, с. 11-19
УДК 577.472
СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭКОСИСТЕМ МАЛЫХ СОЛЕНЫХ ОЗЕР КРЫМА
© 2007 г. Е. В. Балушкина, С. М. Голубков, М. С. Голубков, Л. Ф. Литвинчук
Зоологический институт РАН, 199034 Санкт-Петербург, Университетская набережная, 1, e-mail: balushkina@zin.ru
Поступила в редакцию 06.07.2005 г.
Обобщены результаты исследований гипергалинных озер Крыма с естественным и нарушенным водным режимом. Получены данные по продукции фитопланктона, общему количеству сестона, концентрациям взвешенного органического вещества, сухого вещества и хлорофилла а в планктоне, видовому составу и количественному развитию зоопланктона и зообентоса. Проведен анализ связей структурных и функциональных характеристик сообществ планктонных и донных животных с морфометрическими и гидрохимическими характеристиками озер и функциональными характеристиками первичных продуцентов. Показано, что в гипергалинных озерах с естественным водным режимом биомасса, продукция и рационы нехищных животных зоопланктона и макрозоо-бентоса тесно скоррелированы с трофическим статусом экосистем, гидрохимическими характеристиками и морфометрией озер. Изменение одной из этих характеристик, в частности глубины, вызывает ряд последовательных изменений гидрохимических характеристик, определяющих видовой состав, трофическую структуру и соотношение продукции отдельных компонент экосистемы.
ВВЕДЕНИЕ
Вопросы повышения эффективности использования соленых озер приобретают особое значение в тех регионах, где озер достаточно много, или имеются отдельные большие озера. Соленые озера могут быть источником поваренной соли, минералов, продукции растений и животных, включая рыб [40].
Бальнеология - один из важнейших примеров использования соленых озер и, в частности, крымского гипергалинного оз. Сакское, вблизи которого расположен крупный бальнеологический курорт. Технические работы на озере начались в XIX в. и были обусловлены необходимостью круглогодичной работы курорта. Естественный водный режим оз. Сакское - понижение уровня в жаркие засушливые периоды вплоть до полного летнего усыхания - не соответствовал этому требованию. В последующие годы прорыли канал, соединяющий озеро с морем, и построили дамбы, разделяющие его на отдельные бассейны, что привело к ухудшению качества илов и образованию гипсовой корки в гипергалинном восточном бассейне [17, 18]. По существу, эти мероприятия представляли собой крупномасштабные биоманипуляции, совершенно изменившие первоначальный облик озера, но не обеспеченные знаниями о роли биоты в структурно-функциональной организации экосистем, в том числе в процессах илообразования, что привело к неблагоприятным последствиям.
При исследованиях гипергалинных озер большое внимание уделяется изучению особенностей
гидрологического режима, влиянию его изменений на состав флоры и фауны. Сведения о потоках вещества и энергии, трофических связях, их зависимости от меняющегося гидрологического режима в экосистемах немногочисленны. Имеются лишь отдельные работы, где обсуждается воздействие солености на трофическую структуру ряда озер Кении [31-33, 35-37], и статья Вареши [34], где приведены схемы трофических связей для озер Накуру (Кения), Вероврап (Австралия) и Моно (США).
Изучение оз. Сакское в 1917 г. позволило сделать вывод о существенной роли гидробионтов в образовании лечебного ила [42]. Исследования гипергалинных озер Крыма в 20-30-х годах XX в. подтвердили этот вывод и показали влияние гидробиологического режима на процессы илообразования [15-18].
Мероприятия по улучшению состояния иловых отложений восточного и западного бассейнов оз. Сакское, проводившиеся в 80-90-х годах XX столетия, потребовали научного обоснования. Данные, полученные сотрудниками Зоологического института РАН в 1985-1991 гг., позволили оценить продуктивность экосистем соленых озер Крыма и вклад гидробионтов в процесс илообразования [3, 4, 26]. Показано, что изменение степени минерализации воды приводит к существенным изменениям продуктивности экосистем гипергалинных озер, перестройке их трофической структуры, изменениям скоростей образования иловых отложений, что особенно важно для озер, служащих источниками лечебной грязи.
Цель работы - изучение структурно-функциональной организации экосистем соленых озер Крыма с естественным (ненарушенным) водным режимом; оценка влияния абиотических и биотических факторов на количественное развитие основных компонент биоты озер; сравнительный анализ экосистем соленых озер с естественным и нарушенным водным режимом.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В 1985-1991 гг. наиболее детально исследовали восточный и западный бассейны оз. Сакское, относящегося к евпаторийской группе озер. Эти бассейны активно эксплуатируются расположенным вблизи крупным бальнеологическим курортом. В целях круглогодичной работы курорта в бассейны подкачивается морская вода, и естественный водный режим в них нарушен [3, 4, 10, 26].
В августе 2004 г. исследовали гипергалинные озера с естественным водным режимом: Кояш-ское, Тобечикское, Киркояшское, Шимаханское и Марфовское, расположенные в северо-западной части Крыма на Керченском полуострове, и оз. Бакальское, расположенное в северо-восточной части Крыма.
В озерах отбирали пробы зоопланктона и зоо-бентоса, определяли первичную продукцию фитопланктона, концентрации взвешенного органического вещества, сухого вещества и хлорофилла а в планктоне.
Общее содержание в воде сестона (массу взвешенных в воде веществ) определяли общепринятым гравиметрическим методом. Сестон осаждали путем фильтрации на предварительно прокипяченные, высушенные при температуре 90°С и взвешенные мембранные фильтры марки Synpor-4 с размером пор 0.85 мкм. После взвешивания высушенные с сестоном фильтры использовали для измерения концентрации хлорофилла а стандартным спектрофотометрическим методом. Фильтры со взвесью растворяли в 90%-ном растворе ацетона и измеряли оптическую плотность экстрактов хлорофилла при стандартных длинах волн на спектрофотометре СФ-26. При расчетах использовали коэффициенты, рекомендованные SCOR-UNESCO. Содержание в воде взвешенного органического вещества измеряли методом бихроматного окисления [14] после осаждения взвеси на стекловолок-нистые фильтры марок Millipore или Whatman c размером пор 0.85-1.2 мкм, прошедшие предварительную обработку прокаливанием при температуре ~400°С и последующим промыванием каждого фильтра дистиллированной водой (300 мл). Для расчета взвешенного органического углерода (Сорг) применяли коэффициент 1 мг О2 = 0.375 мг Сорг. Содержание общего фосфора (Робщ) в нефильтрованной воде определяли молибдатным
методом с использованием аскорбиновой кислоты. Интегральные пробы воды для определения концентрации указанных выше компонентов отбирали батометром Рутнера.
Первичную продукцию планктона измеряли по разнице в содержании O2 в темных и светлых склянках. Склянки с озерной водой экспонировали в пластиковом аквариуме в озере. Содержание О2 в воде определяли по методу Винклера. Первичную продукцию рассчитывали по формуле
Аинт = A • Sec,
где Аинт - валовая первичная продукция, г С/м2; A -валовая первичная продукция, г С/м3; Sec - прозрачность воды по диску Секки, м.
Для пересчета продукции в килокалории использовали коэффициент 1г С = 10 ккал.
Пробы зоопланктона собирали с помощью гидробиологического сачка (газ № 67), через который профильтровывали 50-100 л воды. Кроме того, отобраны осадочные пробы. Материал фиксировали 4%-ным формалином. При сборе макрозоо-бентоса использовали дночерпатель Петерсена с площадью захвата 0.025 м2. На каждой станции пробы отбирали в трех повторностях. Животных зообентоса выбирали и фиксировали 96%-ным раствором этанола и затем (через 2 мес) взвешивали. Всего за время исследования собрано и обработано 55 проб зоопланктона и 41 проба зообентоса.
Для расчета биомассы планктонных ракообразных индивидуальную массу особи вычисляли по уравнениям зависимости массы от длины тела [2, 20], индивидуальную массу коловраток - по уравнениям [29].
Продукционные показатели сообществ зоопланктона и зообентоса рассчитывали с использованием данных литературных [8, 9, 13, 20] и полученных авторами.
Суточную продукцию планктонных животных вычисляли физиологическим методом по величинам коэффициента использования на рост ассимилированной пищи (K2). Для коловраток K2 равен 0.4, для ветвистоусых ракообразных - 0.3 [13], для артемии - 0.6 [20].
Суточную продукцию личинок хирономид (P, кал/(м2 • сут)) рассчитывали по уравнению, описывающему зависимость скорости роста от массы тела, полученную авторами для хирономид гипер-галинных озер Крыма, и их средней численности:
P = (0.08 W1071) N, (1)
где W - средняя масса тела личинок хирономид, мг; N - средняя численность, экз./м2.
Продукцию жуков, клопов и амфипод (P, кал/(м2 • сут)) рассчитывали по уравнениям, описывающим зависимость удельной продукции от тем-
Таблица 1. Гидрохимические характеристики и первичная продукция соленых озер Крыма в августе 2004 г.
Озеро Соленость, %% Глубина, м Концентрация кислорода, мг/л Сестон, г/м2 Взвешенное органическое вещество, г/м2 P А общ' мг/м2 Хлорофилл a, мг/м2 Первичная продукция, г С/(м2 ■ сут)
Кояшское 253.0 0.48 1.84 0.016 0.00082 0.15 0.0001 0.06
Марфовское 95.0 1.00 8.08 1.117 0.11529 1.09 0.0160 8.6
Тобечикское 57.0 0.83 5.89 0.049 0.00447 0.20 0.0037 2.19
Бакальское 31.1 0.65 6.37 0.112 0.01038 0.19 0.0052 1.16
Шимаханское 30.5 1.20 6.47 0.039 0.00748 0.82 0.0096 3.13
Киркояшское 24.0 1.30 4.89 0.032 0.00368 0.31 0.0074 1.18
пературы воды в водоеме и биомассы животных в определенный момент времени [8, 9]:
P = CWBT, (2)
где Cw - удельная продукция животных, сут-1, определенная по уравнениям зависимости удельной продукции от температуры (T ,°С) воды в водоеме, B - биомасса животных (мг/м2) в момент взятия проб зообентоса.
Траты на обмен у животных планктона и бентоса рассчитывали по соответствующим уравнениям зависимости скорости потребления кислорода от массы тела [1, 3, 6, 7, 19].
Потребности планктонных и донных животных в
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.