научная статья по теме СУЛЬФАТРЕДУКЦИЯ, ОБРАЗОВАНИЕ И ОКИСЛЕНИЕ МЕТАНА В ПОВЕРХНОСТНЫХ ОСАДКАХ ВИСЛИНСКОГО И КУРШСКОГО ЗАЛИВОВ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ Биология

Текст научной статьи на тему «СУЛЬФАТРЕДУКЦИЯ, ОБРАЗОВАНИЕ И ОКИСЛЕНИЕ МЕТАНА В ПОВЕРХНОСТНЫХ ОСАДКАХ ВИСЛИНСКОГО И КУРШСКОГО ЗАЛИВОВ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ»

МИКРОБИОЛОГИЯ, 2013, том 82, № 2, с. 228-238

= ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

УДК 574:58:579.8.017.7(261.24)

СУЛЬФАТРЕДУКЦИЯ, ОБРАЗОВАНИЕ И ОКИСЛЕНИЕ МЕТАНА В ПОВЕРХНОСТНЫХ ОСАДКАХ ВИСЛИНСКОГО И КУРШСКОГО

ЗАЛИВОВ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ

© 2013 г. Н. В. Пименов*, М. О. Ульянова**, Т. А. Канапацкий*, И. Н. Мицкевич*, И. И. Русанов*, П. А. Сигалевич*, И. А. Немировская***, В. В. Сивков**

* Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН, Москва ** Атлантическое отделение Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Калининград *** Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва Поступила в редакцию 26.04.2012 г.

Впервые проведены микробиологические, биогеохимические и изотопно-геохимические исследования поверхностных осадочных отложений Вислинского и Куршского заливов Балтийского моря. Высокое содержание органического вещества в осадках заливов определяет высокую численность микроорганизмов (более 1010 кл/см3) и активность гетеротрофных микроорганизмов. Интегральная скорость темновой ассимиляции углекислоты, рассчитанная для верхних 30 см осадочной толщи, варьировала от 12.5 до 38.8 ммоль/(м2 сут) и в целом была несколько выше в осадках Куршского залива, по сравнению с Вислинским. В более соленом Вислинском заливе интегральные скорости сульфатредукции (СР) были выше по сравнению с осадками Куршского залива. Быстрое исчерпание сульфатов в поровых водах способствовало активизации процесса метаногенеза (МГ), интенсивность которого в илах Куршского залива была заметно выше. Более высокие скорости МГ в осадках Куршского залива коррелируют с повышенным содержанием метана в придонной воде и поверхностных илах этого залива по сравнению с Вислинским. Наибольшая скорость метанокисле-ния (МО) приурочена к самым верхним окисленным и слабовосстановленным горизонтам осадков, что указывает на важную барьерную роль на пути миграции метана из осадков в водную толщу аэробных метанотрофных бактерий. Рассчитан поток метана из осадков в водную толщу, составивший для Вислинского залива 0.45 ммоль/(м2 сут), для Куршского залива — 0.007 ммоль/(м2 сут). Низкие величины потока метана из осадков Куршского залива могут объясняться различием в погодных (ветровых) условиях, при которых производился пробоотбор. Близкие к штормовым условия в Куршском заливе способствовали взмучиванию верхних горизонтов ила, что приводило к выходу метана в придонный слой воды.

Ключевые слова: сульфатредукция, метанобразование, окисление метана, Вислинский и Куршский заливы, Балтийское море.

БО1: 10.7868/80026365613020134

Куршский и Вислинский пресноводно-соло-новатые мелководные заливы (средние глубины 3.8 и 2.7 м соответственно) отделены от юго-восточной части Балтийского моря Куршской и Балтийской (Вислинской) косами. Лагуны взаимодействуют с открытым морем через узкие проливы и являются своеобразными промежуточными проточными бассейнами-отстойниками, принимающими жидкий и твердый сток с суши [1]. Соотношение годовых объемов пресной и соленой вод, поступающих в заливы, составляет 1 : 5 в Вислинском и 4 : 1 в Куршском заливе, что позволяет судить о них как о бассейнах с преимущественно морским либо речным влиянием. В сред-

Автор для корреспонденции (е-шаП: npimenov@mail.ru).

нем для Вислинского залива соленость составляет 3.8%с, а исследованная южная часть Куршского залива является пресноводной. Основное количество (87%) терригенного материала в Куршский залив поступает с речным стоком и лишь 1.6% с морской водой, тогда как в Вислинский залив со стороны моря поступает 25%, а на речной сток приходится не более 58% поставляемого в водоем терригенного материала. Разная степень влияния речного или морского стока сказывается на количестве осадочного материала, аккумулируемого в заливах. Непосредственно в бассейне Куршского залива (особенно в его южной части) осаждается 74% поступающего осадочного вещества, и лишь 26% выносится [2]. На дне Вислинского залива накапливается всего 16% поступающего терри-

Таблица 1. Станции отбора проб в Вислинском и Куршском заливах Балтийского моря в июле 2011 г.

Номер станции Координаты, с.ш.; в.д Глубина, м Соленость придонной воды, %е Температура придонной воды, °С

Вислинский залив

1 54°38.9'; 20°02.6' 4.0 5.5 20

2 54°37.0'; 20°06.5' 4.1 5.5 19

3 54 °30.8'; 19°51.5' 4.6 5.5 19

4 54 °27.9'; 19°41.4' 2.3 5.0 20

Куршский залив

5 54°57.0'; 20°56.0' 4.0 0.1 19

7 55°05.0'; 20°56.0' 5.0 0.1 19

8 55°00.0'; 20°55.0' 5.0 0.1 19

генного материала, а большая часть (84%) его выносится в море. Таким образом, современный этап осадконакопления в Вислинском заливе характеризуется преимущественным выносом осадочного материала, а в Куршском — его аккумуляцией, что в итоге отражается на скоростях осадконакопления, которые в среднем в Вислинском заливе в 3.5 раза ниже, чем в Куршском [3].

Детальные геолого-геохимические исследования Куршского и Вислинского заливов проведены Е.М. Емельяновым и его школой [4, 5]. Установлено, что для донных осадков обеих лагун характерна концентрическая "циркумконтинентальная" форма распределения типов донных осадков: илы размещаются в центре (в наиболее глубоких участках), а пески — по самому большому концентру залива. Особенно четко это проявляется в южной части Куршской лагуны [6]. Значительные площади осадочных отложений в обоих заливах представлены заиленными песками и алевро-пелито-выми илами с достаточно высоким содержанием Сорг. Среднее содержание Сорг в осадках Куршско-го залива составляет 1.7—2.4%, причем максимальное содержание зафиксировано в южной части залива (более 7%), что может объясняться высокими скоростями осадконакопления и высоким уровнем продукции органического вещества. В осадках Вислинского залива содержание Сорг существенно ниже, чем в Куршском заливе. Здесь даже в поверхностном слое значения Сорг редко превышают величину 2%. Долгосрочный мониторинг изменения содержания хлорофилла, биогенных элементов, биомассы фитопланктона в сочетании с измерением первичной продукции и минерализации органического вещества (ОВ) в Куршском и Вислинском заливах позволил С. Александрову отнести Куршский залив к гипертрофному типу водоемов, а Вислинский залив — к евтрофному [7]. По ряду критериев можно считать, что эвтрофирование Вислинского залива

не достигло критического уровня, a Куршского — превысило допустимые нормы.

Таким образом, выполненные ранее геохимические, гидрологические и биологические исследования дают основание полагать, что в осадках Куршского и Вислинского заливов протекают активные микробные процессы деструкции ОВ. Однако до сих пор не проводилось микробиологических и газо-геохимических исследований осадочных отложений российских частей Куршского и Вислинского заливов. В этой связи целью наших исследований было получение количественных данных по активности микробных процессов деструкции ОВ и роли микроорганизмов на ранних этапах диагенеза поверхностных осадочных отложений Куршского и Вислинского заливов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Пробы воды и донных осадков отбирали в Куршском и Вислинском заливах в июле 2011 г. с борта маломерных судов Атлантического отделения Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН (АО ИО РАН) (табл. 1, рис. 1) лимнологическим стратометром и грунтовой трубкой для малых глубин, разработанной в АО ИО РАН.

Для определения общей численности микроорганизмов (ОЧМ) пробы воды фиксировали формалином (конечная концентрация в пробе 2.5%), а 1 см3 илов разводили фильтрованной морской водой из залива в отношении 1 : 15 и фиксировали 1.5 мл 25% глутаральдегида. Далее пробы транспортировали в лабораторию Института микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН (ИНМИ РАН), где проводили десорбцию клеток с частиц осадка на ультразвуковой ванне (УЗВ-2/150-ТН-РЭЛТЕК) при 22 кГц в течение 2 мин и фильтровали через мембранные фильтры Osmonix с порами 0.2 мкм. Осажденный на фильтрах материал окрашивали красителем Sybr Green. Подсчет клеток микроорганизмов проводили в эпифлуорес-

о о

to in

20°0'0'' E

21°0'0" E

Рис. 1. Месторасположение и номера станций пробоотбора в Вислинском и Куршском заливах Балтийского моря.

центном микроскопе Olympus BX 41 c программным обеспечением Image Scope Color M.

Скорости микробных процессов определяли радиоизотопным методом с использованием 14С и -^-субстратов. Немедленно после подъема на борт судна геологического пробоотборника, 3 мл осадка с соответствующего горизонта помещали в пластиковые шприцы объемом 5 мл с обрезанным концом, который затем закрывали пробкой из газонепроницаемой бутиловой резины. Через пробку в пробу вносили 0.2 мл радиоактивно меченного субстрата и инкубировали на воздухе при температуре 16—18°С в течение 1—2 сут. Выбранная температура инкубации соответствовала температуре поверхностных осадков в момент про-боотбора, которую измеряли с использованием погружного термометра. После завершения инкубации пробы фиксировали 1 мл 2 М раствора

КОН и транспортировали в стационарную лабораторию. Дальнейшую обработку проб осуществляли по описанным ранее методикам [8, 9]. При определении скорости метанокисления (МО) использовали 14С-метан, растворенный в дегазированной дистиллированной воде. В пробу осадка вносили 1 мкКи 14С-метана. Скорость сульфатредукции (СР) определяли с 35S сульфатом (10 мкКи на пробу), метаногенеза (МГ) — с 14С бикарбонатом (10 мкКи на пробу) и 14С-ацета-том, меченным по метильной группе (10 мкКи на пробу). Контролем служили пробы, фиксированные щелочью и выдержанные в холодильнике 6 ч до внесения меченого субстрата.

Содержание метана в водной толще и донных осадках измеряли методом фазово-равновесной дегазации [10], известным в литературе как "headspace analysis". Пробы воды помещали в пе-

нициллиновые флаконы объемом 30 мл с 0.1 мл 2 н КОН для подавления микробных процессов. Затем дозатором выдавливали одинаковый объем воды и немедленно герметично закрывали пробкой из газонепроницаемой бутиловой резины. Пробы из осадков отбирали 2 мл пластиковым шприцем с обрезанным концом и помещали в пе-нициллиновый флакон, наполняли доверху дегазированной водой и, выдавив стандартный объем воды, закрыва

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

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»