Первичная продукция фитопланктона и содержание хлорофилла «А» в озере Арахлей (Забайкалье)

Первичная продукция в озерных экосистемах образуется в результате фотосинтеза фотоавтотрофов. Как правило, основная часть первичного органического вещества создается за счет планктонных водорослей. На следующих за образованием первичной продукции ступенях биотического процесса новообразованные органические вещества водорослей трансформируются и в известной доле аккумулируются в телах бактерий и животных организмов. Тем самым первичная продукция создает пищевую базу для всех населяющих водоемов гетеротрофных организмов (Бульон, 1983).

Комплексные гидробиологические исследования озера Арахлей, в числе других озер Ивано-Арахлейской системы, начаты Лимнологическим институтом в 1966г. в рамках Международной биологической программы. Они были продолжены Читинским институтом природных ресурсов СО РАН (ныне - Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН) с момента его создания в 1981г. Ивано-Арахлейские озера считаются модельными озерами Забайкалья, поэтому наблюдения за биологическими процессами в водоеме не прерываются.

Материал и .методика

Озера Ивано-Арахлейской системы находятся в Читинской области на юге Витимского плоскогорья на высоте 960-980м. Озеро Арахлей самое крупное в системе (табл.1). Оно связано с оз. Байкал через реки Хилок и Селенгу. Средняя дата замерзания озера - вторая половина октября. Продолжительность подледного периода составляет около 7.5 месяцев. Вскрытие озера ото льда происходит в конце мая - начале июня. Вода озера, по классификации О.А.Алекина, гидрокарбонатно — кальциевая, первого типа. Сумма ионов колеблется в пределах 138 - 179 мг/л. Озеро имеет рыбохозяйственное значение, а также является местом рекреации для жителей областного центра и всей области.

Таблица 1

Лимническая характеристика оз. Арахлей

Параметры	Значения
Площадь водной поверхности, км2 Длина, км Максимальная ширина, км Глубина, м: максимальная                    ' средняя Плошадь водосбора, км2 Прозрачность, м	59,0 11 6,7 17,0 10,2 256 4,5-11,0

В основе данной работы лежат результаты полевых наблюдений за изменением первичной продукции планктона в озере Арахлей с 2004 по 2006гг. Пробы воды отбирались на шести станциях с разными глубинами: в пелагиали с глубиной 17 м (стация 3), в сублиторали возле села Преображенка с глубиной 9-11 метров (станция 2), а также в литорали (глубина 4 м.) на четырех станциях: с. Преображенка (западное прибережье, станция 1), с, Арахлей (южное прибережье, станция 6), район реки Грязнуха (юго-восточное прибережье, станция 5), северное прибережье (станция 4). Наблюдения за первичной продукцией велись методом склянок в кислородной модификации (in situ). Пробы отбирались на горизонтах, соответствующих: поверхностному слою, 0,25 S, 0,5 S, 1,0 S, 2,0 S, дно (где S - глубина прозрачности воды по белому диску Секки), один раз в месяц. С декабря 2004 г. определяли содержание фотосинтетических пигментов стандартным спектрофотометрическим методом. Концентрацию хлорофилла рассчитывали по уравнению, представленному в руководстве ЮНЕСКО (Report of SCOR.1966).

Результаты и их обсуждение

Сезонная динамика. После вскрытия озера ото льда первичная продукция планктона в поверхностных пробах составляла 0,21 мгО2/л. и около 1,5 гО2/м2-сут. Максимальный фотосинтез отмечался у поверхности. В летний период содержание кислорода в поверхностном слое воды колебалось от 6,35 до 8,45 мгО2/л. В придонном слое на глубине 15-17 м. содержание кислорода снижалось до 4,5 мгО2/л.. С прогреванием воды происходило усиление процесса фотосинтеза, максимумы были отмечены в августе 2004 и 2005 гг. - 3,42 и 3,72 гО2/м2'сут соответственно. В сентябре с уменьшением температуры и прозрачности воды первичная продукция снижалась до 1,5-2 гО2/м2-сут (рис.1). В этот период была отмечена достаточно низкая концентрация растворенного кислорода у дна - 2,16 мгО2/л.

гОз/м^сут.

Рнс.1 Продукция и деструкция органического вещества в оз.Арахлей на центральной станции в 2004-2005гг.

Региональные особенности биолимнического режима Ивано-Арахлейских озер проявляются, прежде всего, в продуцировании органического вещества в подледный период (Бондарева, Шишкин, 1972). Зима в Забайкалье малоснежная с большим количеством солнечных дней, но довольно низкими температурами воздуха, до - 40 °C. Оз. Арахлей, как правило, покрывается прозрачным льдом толщиной до 160 см. Падающая на поверхность солнечная радиация проникает через слой льда, поэтому в водоеме создаются условия освещенности, достаточные для осуществления процесса фотосинтеза.

Зимой, в начале подледного периода, кислород распределен в толще воды достаточно равномерно (10-11,5 мЮ2/л). В феврале содержание растворенного кислорода в придонных слоях уменьшалось до 4,5-8,5 мгСМл. Высокое содержание кислорода может свидетельствовать о проходящем подо льдом фотосинтезе фитопланктона и высшей водной растительности. Однако воз. Арахлей даже в многоснежные периоды содержится достаточно высокое количество растворенного кислорода

Несмотря на высокую прозрачность воды в зимний период (5-8 м), глубина фотической зовы была невелика. В декабре 2004 г. и январе 2005 г. максимальные величины продукции органического вещества наблюдались у поверхности и на глубине 6-10 м. В среднем скорость фотосинтеза на поверхности составляла 0,52 мгО7л в декабре и 0,17 мгО2/л в январе. Февраль и декабрь 2005г, а также подледный период 2006г (за исключением декабря 2006г), характеризовались очень низкими значениями первичной продукции. Зима была относительно многоснежной, снежный покров составлял 3-10см, что препятствовало проникновению солнечных лучей. Первичная продукция составляла всего 0,16 - 0,53 гОг/м2-сут.

В 2004г деструкция органического вещества планктоном на центральной станции превышала первичную продукцию. Отношение первичной продукции планктона к деструкции (A/R) равнялось 0,89. В 2005г. отношение A/R = 0,66. В расчете на все озеро, включая 4 прибрежные станции и станцию с глубиной 9-11м, отношение A/R в среднем равнялось 1. В целом, можно говорить о сбалансированности процессов продукции и деструкции органического вещества в планктоне озера (табл.2).

Вертикальное распределение. Максимальный фотосинтез в период открытой воды наблюдался, как правило, у поверхности и составлял 0,16-0,33 мгО2/л в сутки. Благодаря высокой прозрачности воды (4,5 -11м) образование органического вещества происходило не только в поверхностных слоях, но и во всем столбе воды, включая придонные слои. Так в июле 2004 г, на глубине 12 метров валовая первичная продукция фитопланктона составляла 0,25 мгО/я, а у поверхности всего 0,04 мгО2/л. В июле 2005г - у поверхности 0,25 мгО?/л, в придонном слое -0,31 мгОг/л. Это связано с тем, что высокая солнечная радиация ингибировала фотосинтез в поверхностных слоях, создавая оптимальные условия для первичной продукции на некоторой глубине. В остальные месяцы года наибольшие значения фотосинтеза наблюдались на глубине 0-2м.

Таблица 2

Валовая первичная продукция (Е.А) и деструкция органического вещества (ER) в 2004-2005 гг.

Показатель	Станции отбора
	1	2	3	4	5	6
SA, гОг/м’-сут	0.67 0,28	0.2) 1,07	2,42 1,38	0,36	0.64 0,31	0,52 0,55
SR. гО2/м3сут	2.02 0,18	3.43 0,95	3.31 1,18	0,59	W 0,5	1,11 0,84
LA/ZR	0,31 1,56	0.64 1,13	0.73 0,74	0,61	1,02 0,62	0,47 0,65

Примечание. Над чертой - среднее за период открытой воды, под чертой - среднее за подледный период.

Годовые величины продукции фитопланктона в 2004-2005гг. равны 1426 и 1657 ккал/м2 соответственно.

К широко используемым показателям развития фитопланктона относятся фотосинтетические пигменты. Содержание основного пигмента зеленых растений хлорофилла «а» считается универсальным эколого-физиологическим показателем, который отражает обилие и фотосинтетическую активность альгоценозов (Минеева, 2004).

В течение всего периода наших наблюдений содержание хлорофилла «а» в озере Арахлей варьировало от 0,25 до 5,57 мг/м3. Диапазон наиболее часто встречающихся концентраций составил 1,15-3,40 мг/м3.

Сезонная динамика концентрации хлорофилла «а» характеризовалась довольно высокими зимними величинами, последующим их снижением весной и некоторым увеличением в летний период. В подледный период наибольшие концентрации хлорофилла отмечались в южном и западном прибережьях и у села Преображенка, в точке с глубиной 9-11 метров - в среднем 1,68-3,17 мг/м3. В безледный период хлорофилла было больше в западном прибережье и в центре озера - 0,9-1,6 мг/м3. Юго-восточное песчаное мелководье, находящееся под постоянным ветровым перемешиванием, было наиболее бедным по видовому составу водорослей и их количеству, что связано с механическим воздействием волн на планктон (Морозова, 1981). В 2005 г. на данной станции по сравнению с другими точками отбора были отмечены небольшие концентрации хлорофилла - около 0,69 мг/м3

На центральной станции повышенное содержание хлорофилла «а» отмечалось в декабре 2004 г. - 3,03-5,2 мг/м3, максимумы в вертикальном профиле были на 5 метрах, и у дна. В январе содержание хлорофилла уменьшилось, и составила в среднем 2,35мг/м3 при максимуме на глубине 8 метров (рис. 2). Февраль и апрель отличались высокими концентрациями фотосинтетических пигментов в придонных слоях (на глубинах 14-16 метров), что свидетельствует о седиментации фитопланктона.

Рис 2. Содержание хлорофилла на центральной станции А - декабрь 2004 г; Б-январь 2005г.; В - февраль 2005 г.; Г-август 2005 г.

Содержание хлорофилла отражает биомассу фитопланктона. В период открытой воды наибольшие концентрации пигмента были зафиксированы на глубинах до 4 метров, в среднем от 1,03 до 1,15мг/м3, что говорит о скоплении фитопланктона в верхнем слое. Скопление водорослей в летний период в поверхностных слоях, а в подледный период на горизонтах 5-10 м отмечалось и ранее в работах Т.Н. Морозовой (1981). Интенсивное ветровое перемешивание ведет к выравниванию концентрации хлорофилла на разных горизонтах, что чаще наблюдается на мелководных прибрежных станциях. Так, в июне 2005 г., сразу после схода льда, мелководье находилось под постоянным действием ветрового волнения, поэтому хлорофилл равномерно распределялся по всему столбу воды.

По величинам первичной продукции планктона, отношения A/R и по концентрации хлорофилла «а» оз. Арахлей относится к категории озер мезотрофного типа. ■