Исследование количественных характеристик детрита в водных экосистемах

В столбе воды в морских и пресноводных экосистемах присутствуют частицы мертвого органического вещества (детрита, detritus) [111], которые представляют определенный интерес при изучении экологии водных бактерий [12], деструкционных процессов и самоочищении водоемов, а также при анализе вопросов биохимической и биогеохимической экологии [13-25].

Проводились исследования детрита в различных водных системах [15, 19, 23, 25], изучалась способность детрита иммобилизовывать и накапливать различные химические элементы [13, 14, 16-18, 20-22, 24].

Исследователями отмечалось, что обитающие на детрите бактерии физиологически более активны, чем одиночные клетки толщи вод. Кроме того, детрит обладает высокой сорбционной способностью, является центром аккумуляции на своей поверхности растворенных в воде органических веществ (РОВ, dissolved organic matter), что способствует увеличению скорости деструкционных процессов [7, 10, 11].

При отмирании клеток фитопланктона возникают взвешенные в воде частицы органического вещества, которые относительно долго находятся во взвешенном состоянии. Скорость их оседания не превышает 80-100 см в сутки, поэтому даже в относительно неглубоких водо- емах детрит может находиться в толще воды несколько дней, а иногда более одной недели. В мелких прудах глубиной до 2-3 м детрит оседает практически неразложившимся и дальнейшее его разрушение осуществляется уже на дне с вытекающими из этого последствиями. Таковыми последствиями может быть снижение содержания кислорода у дна в середине лета и заморные явления зимой [5].

В столбе воды водных экосистем представлены детритные частицы разного размера. Среди них и мелкие частицы размером несколько десятков микрометров, и более крупные частицы. Идентифицировать размер частиц, собранных в седиментационные ловушки, сложно, так как они быстро слипаются, меняют размер и форму [3, 5, 6].

В наших работах была изучена размерная структура детрита в ряде пресноводных экосистем. Среди них Можайское водохранилище и небольшой эвтрофный пруд, расположенный в непосредственной близости от биостанции «Ильинское» МГУ имени М.В. Ломоносова [2, 6].

Существенная часть находящегося в толще воды исследованных водоемов детрит имеет в основном альгогенное происхождение. Это подтверждается тем, что общая картина развития и отмирания фитопланктона и изменения количества планктонного детрита была сходной. Кроме того, увеличение количества седиментационного детрита, собранного в специальные ловушки (установлены на разных глубинах), наблюдалось сразу же после отмирания в водоемах водорослей, причем максимальные значения регистрировались в верхних слоях водоемов, где концентрировалась большая часть фитопланктона. Межгодовые различия количества детрита в водоемах коррелируют с биомассой фитопланктона [5, 6, 8-11].

Детрит является не только пищевым субстратом для водных организмов, но и поверхностью, на которой осуществляются физикохимические и микробиологические процессы, ферментативный гидролиз органического вещества [5]. В связи с этим изучение детрита и его структурных показателей имеет большое значение для изучения деструкционных процессов в водоемах.

Цель данной публикации – кратко суммировать некоторые результаты изучения размерной структуры детрита в указанных водных экосистемах.

МЕТОДИКА

Для анализа планктонного детрита батометром отбирали пробы воды на разных горизон- тах водохранилища и пруда, и фильтровали (по 3-5 мл) через мембранные фильтры с порами диаметром 0,2 мм. Затем фильтры окрашивали акридин-оранжевым и определяли на них количество планктонного детрита, его размерные группы (до 10 мкм, 10-50 мкм и более 50 мкм). Использовали эпилюминесцентный микроскоп (epiluminescent microscope) МЛД-2 (900×).

Седиментационный детрит собирали на постоянных точках водохранилища и пруда в сосуды (диаметр 40 мм, высота 300 мм), подвешенные на разных глубинах. Пробы отбирали через каждые 3-4 дня. Детрит концентрировали центрифугированием в течение 5-10 минут при 5000 об/мин и использовали для дальнейшего анализа. Численность бактерий на детрите определяли по методу Звягинцева и Кожевина, описанном в руководстве [4]. Навеску влажного детрита разводили стерильной дистиллированной водой (1:10), после чего обрабатывали на измельчителе тканей (РТ-2) при 5000 об/мин. Полученную суспензию переносили в мерный цилиндр и после двухминутного отстаивания отбирали 2 мл и разводили стерильной дистиллированной водой так, чтобы конечное разведение составляло 1:1000. Далее воду энергично встряхивали, после чего пипеткой отбирали 1 мл суспензии и фильтровали через мембранный фильтр (диаметр пор 0,2 мкм) при вакууме 300 мм рт. столба. Затем бактерии на фильтре окрашивали акридин-оранжевым (Acridine Orange) и подсчитывали с помощью эпилюминесцентного микроскопа МЛД-2 (900×). В работе использовали отечественные ядерные фильтры, произведенные в Дубне. Чтобы исключить свечение самих фильтров, их предварительно выдерживали в насыщенном спиртовом растворе судана черного Б (Sudan Black B) [12].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Многолетние исследования с использованием указанной выше методики показали, в толще воды Можайского водохранилища в основном находятся частицы размером до 50 мкм (micrometers, микрометры). А именно, до 10 мкм (micrometers, микрометры) – 52-56% общего количества детрита, 10-50 мкм – 42-55%. Частицы размером более 50 мкм были представлены незначительно – всего 1-3% и появлялись в основном во время отмирания фитопланктона. В пруду на долю частиц размером до 10 мкм приходилось 65% детрита. На долю частиц размером 10-50 мкм приходилось 34%. На долю более крупных частиц в среднем не превышало 1% детрита.

Наблюдения за структурой детрита Можайского водохранилища и эвтрофного пруда показали, что в водохранилище количество частиц детрита размером до 10 мкм в среднем было 9-10 тыс./мл, размером 10-50 мкм – 7-8 тыс./мл; в пруду – примерно в полтора раза больше – 15 и 12 тыс./мл, соответственно [5]. По другим сведениям, количество частиц детрита в водоемах разной трофности достигает ста тысяч в одном миллилитре воды [1].

Расширение сведений о размерах частиц взвешенного в воде детрита и о численности детритных частиц представляет интерес для понимания структуры и функционирования водных экосистем, в том числе пресноводных водоемов. Как отмечено выше, частицы детрита несут несколько важных функций в водных экосистемах.

С одной стороны, они входят в пищевую базу для питания многих организмов, в том числе беспозвоночных-фильтраторов воды. Тем самым они участвуют в формировании пищевых цепей (trophic chains) и трофических сетей (trophic webs).

С другой стороны, детрит участвует в процессах сорбции многих веществ, включая токсичные химические элементы. Тем самым он участвует в детоксикации (detoxification) водной среды обитания многих организмов [15, 18, 19, 25].

Еще одна важная функция детрита состоит в его взаимодействии с водными бактериями [3, 5, 6], поэтому установление количественных показателей детрита в столбе воды имеет большое значение для понимания экологии бактериопланктона.

Детрит участвует в формировании качества воды и сами количественные показатели численности детритных частиц (от которых зависит прозрачность и мутность воды) имеют значение для комплекса параметров, входящих в характеристику качества воды. Это подчеркивает практическое значение полученной информации, особенно в связи с тем, что Можайское водохранилище входит в систему водоснабжения и водообеспечения крупного мегаполиса (г. Москвы).

Полученные факты дополняют количественные данные о детрите в водных экосистемах [26-42].

ВЫВОДЫ

• 1.    Проведено изучение количественных параметров детрита в пресноводных экосистемах. В толще воды Можайского водохранилища (Российская Федерация, Московская область) частицы размером до 10 мкм (micrometers, мик-

• рометры) – составляли 52-56% общего количества детрита, частицы размером 10-50 мкм (micrometers, микрометры) – 42-55%. Частицы размером более 50 мкм были представлены незначительно – всего 1-3%. В водохранилище количество частиц детрита размером до 10 мкм в среднем было 9-10 тыс./мл, размером 10-50 мкм – 7-8 тыс./мл.

• 2.    Исследовали детрит в эвтрофированной экосистеме пруда. В изученном эвтрофном пруду (Московская область, Можайский район) на долю частиц размером до 10 мкм приходилось 65% детрита. На долю частиц размером 10-50 мкм приходилось 34%. В пруду количество частиц детрита размером до 10 мкм было в среднем 15 тыс./мл, количество частиц детрита размером 10-50 мкм - 12 тыс./мл.

• 3.    Расширение данных о количественных параметрах детрита вносит вклад в познание структуры и функционирования пресноводных экосистем.