Воздействие процесса массового развития цианобактерий на формирование растворенных органических веществ в воде Куйбышевского водохранилища

Селезнева А.В.; Selezneva A.V.

doi:10.37313/1990-5378-2024-26-5-142-154

Научные статьи \ Математика. Естественные науки \ Биологические науки в целом \ Общая экология. Биоценология. Гидробиология. Биогеография

Воздействие процесса массового развития цианобактерий на формирование растворенных органических веществ в воде Куйбышевского водохранилища

Автор: Селезнева А.В.

Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc

Рубрика: Гидробиология - биологические науки

Статья в выпуске: 5 т.26, 2024 года.

Бесплатный доступ

Исследование направлено на определение трансформации сезонной изменчивости содержания растворенных органических веществ (РОВ) под воздействием процесса массового развития цианобактерий (МРЦ) в Куйбышевском водохранилище. Для этой цели использованы данные мониторинга на Приплотинном плесе водохранилища в период 2017-2022 гг. Отбор проб воды осуществлялся ежемесячно с поверхностного горизонта (0,5 м) по следующим показателям: хлорофилл «а» (Хл «а»); биохимическое потребление кислорода (БПК5); перманганатная окисляемость (ПО) и химическое потребление кислорода (ХПК). Летом 2021 г. дополнительно определялись: структура, численность и биомасса фитопланктона. Установлено, что среднее годовое содержание РОВ составляет: 1,6 мгО/дм3 по БПК5; 7,5 мгО/дм3 по ПО и 25 мгО/дм3 по ХПК. Сезонная изменчивость включает четыре периода, которые отличаются разнонаправленными трендами. В первый период содержание РОВ увеличивается с декабря по май и захватывает зимнюю межень до начала весеннего половодья. Второй период характеризуется уменьшением содержания РОВ и наблюдается во время весеннего половодья. Третий период характеризуется увеличением содержания РОВ из-за процесса МРЦ и продолжается 2 месяца во время летней межени. В этот период наблюдается наибольшее содержание РОВ из-за процесса МРЦ. Четвертый период характеризуется уменьшением содержания РОВ и продолжается с сентября по декабрь. Процесс МРЦ, контролируемый по содержанию Хл «а», трансформирует сезонную изменчивость содержания РОВ. Летом (июль-август) наблюдается увеличение содержания РОВ под воздействием процесса МРЦ на 20-25 % по БПК5, на 13-15 % по ПО и на 4-6 % по ХПК. В перспективе проблема органического загрязнения Куйбышевского водохранилища будет только обостряться в условиях активизации процесса МРЦ из-за глобального потепления климата.

Еще

Растворенные органические вещества, сезонная изменчивость, трансформация, фитопланктон, влияние цианобактерий, куйбышевское водохранилище

Короткий адрес: https://sciup.org/148330383

IDR: 148330383 | УДК: 574.52 | DOI: 10.37313/1990-5378-2024-26-5-142-154

Impact of the process of mass development of cyanobacteria on the formation of dissolved organic substances in the water of the Kuibyshev reservoir

The study is aimed at determining the transformation of seasonal variability in the content of dissolved organic matter (DOM) under the influence of the process of mass development of cyanobacteria (MDC) in the Kuibyshev Reservoir. For this purpose, monitoring data on the Pridamtinny reach of the reservoir in the period 2017-2022 was used. Water samples were taken monthly from the surface horizon (0.5 m) for the following indicators: chlorophyll “a” (Chl “a”); biochemical oxygen demand (BOD5); permanganate oxidation (PO) and chemical oxygen demand (COD). In the summer of 2021, the structure, abundance and biomass of phytoplankton were additionally determined. It has been established that the average annual content of DOM is: 1.6 mgO/dm3 according to BOD5; 7.5 mgO/dm3 according to PO and 25 mgO/dm3 according to COD. Seasonal variability includes four periods, which are distinguished by multidirectional trends. In the first period, the DOM content increases from December to May and covers the winter low-water period before the onset of the spring flood. The second period is characterized by a decrease in the content of DOM and is observed during the spring flood. The third period is characterized by an increase in DOM content due to the MRC process and lasts 2 months during the summer low-water period. During this period, the highest DOM content is observed due to the MRC process. The fourth period is characterized by a decrease in DOM content and lasts from September to December. The MRC process, controlled by the Chl a content, transforms the seasonal variability of the DOM content. In summer (July-August) there is an increase in the DOM content under the influence of the MRC process by 20-25% for BOD5, by 13-15% for PO and by 4-6% for COD. In the future, the problem of organic pollution of the Kuibyshev reservoir will only worsen in the context of the intensification of the MRC process due to global warming.

Еще

Список литературы Воздействие процесса массового развития цианобактерий на формирование растворенных органических веществ в воде Куйбышевского водохранилища

Алекин, O. A. Основы гидрохимии / O. A. Алекин. – Л.: Гидрометеоиздат, 1970. – 415 с.
Антропогенные воздействия на водные ресурсы России и сопредельных государствах в конце XX столетия / отв. ред.: Н.И. Коронкевич, И. С. Зайцева. – М.: Наука, 2003. – 367 с.
Беспалова, К.В. Устойчивое водоснабжение городского населения в условиях «цветения» воды на водохранилищах Волги (на примере г. о. Тольятти) / К.В. Беспалова, А.В. Селезнева, В.А. Селезнев // Водоочистка. – 2016. – № 6. – С. 16-21.
Биологическая продуктивность и качество воды Волги и её водохранилищ. – М.: Наука, 1984. – 244 с.
Бульон В.В. Первичная продукция планктона внутренних водоемов / В.В. Бульон. – Л.: Наука, 1983. – 150 с.
Бульон, В.В. Вклад основных групп автотрофных организмов в первичную продукцию водоемов / В.В. Бульон // Водные ресурсы. 2004. – Т. 31. – № 1. – С. 92-102.
Волкова, С.С. Физико-химические особенности формирования состава органического вещества и карбонатной системы в малых озерах Западной Сибири: автор. дисс. кхн. Тюмень. – 2015. – 19 с.
Винберг, Г.Г. Взаимозависимость общегидробио-логических и рыбохозяйственно – гидробиологических исследований / Г.Г. Винберг // Сб. научных трудов ГОСНИОРХ. – 1984. – Вып. 223. – С.3-10.
Гидрометеорологический режим озер и водохранилищ СССР. Куйбышевское и Саратовское водохранилища. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. – 272 с.
Горохова, О.Г. Состав и структура сообществ фитопланктона Усинского залива Куйбышевского водохрранилища в период «цветения» воды / О.Г. Горохова // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2016. – Т. 18. – № 5. – С. 122-130.
Гусева, К.А. Цветение воды, его причины, прогноз и меры борьбы с ним / К.А. Гусева // Труды Всесоюзного гидробиологического общества. – 1952. – Т. 4. – С. 3-92.
Даценко, Ю. С. Эвтрофирование водохранилищ. Гидролого-геохимические аспекты / Ю. С. Даценко. – М.: ГЕОС, 2007. – 252 с.
Ефремова, Т.А. Содержание, распределение и соотношение основных компонентов органического вещества в воде Онежского озера / Т.А. Ефремова, М.В. Зобкова // Труды Карельского научного центра РАН. – 2019. – № 9. – С. 60-75.
Зенин, А. А. Гидрохимия Волги и ее водохранилищ / А. А. Зенин. – Л.: Гидрометеоиздат, 1965. – 259 с.
Зобкова, М. В. Органическое вещество и его компоненты в поверхностных водах гумидной зоны / М. В. Зобкова, Т. А. Ефремова, П. А. Лозовик, А.В. Сабылина // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 12. – С. 115-120.
Качество поверхностных вод Российской Федерации. Ежегодник. 2022. Ростов-на-Дону, 2023. – 613 с.
Корнева, Л.Г. Цианобактериальное «цветение» воды в волжских водохранилищах и его токсичность / Л.Г. Корнева, Е.Н. Чернова // Цианопрокариоты/цианобактерии: систематика, экология, распространение, использование в биотехнологии. Материалы V Международной научной школы-конференции, посвященной 150-летию со дня рождения выдающегося альголога А. А. Еленкина (г. Москва, Россия, 13—16 июня 2023 г.). М.: – 2023. – С. 39-40.
Ладожское озеро: прошлое, настоящее, будущее / Под ред. Румянцева В.А., Драбковой В.Г. – СПб. Наука, 2002. – 326 с.
Литвинов, А.С. Термический режим Рыбинского водохранилища при глобальном потеплении / А.С. Литвинов, А. В. Законнова // Метеорология и гидрология. – 2012. – № 9. – С. 91.
Лозовик, П. А. Аллохтонное и автохтонное органическое вещество природных вод: кинетические и термодинамические закономерности трансформации, количественный и качественный составы / П. А. Лозовик, М. В. Зобкова, А. В. Рыжаков, М. Б. Зобков, Т. А. Ефремова, А. В. Сабылина, Т. В. Ефремова // Доклады Академии наук. – 2017. – Т. 477. – № 6. – С. 728-732, DOI: 10.7868/S086956521736021X.
Лозовик, П. А. Методика разделения органического вещества природных вод адсорбцией на диэтиламиноэтилцеллюлозе на автохтонную и аллохтонную составляющие / П. А. Лозовик, М. В. Мусатова // Географическая среда и живые системы. – 2013. – № 3. – С. 63-68.
Минеева, Н.М. Содержание хлорофилла и современное трофическое состояние водохранилищ Волги (2019–2020 гг.) / Н.М. Минеева, И.В. Семадени, В.В. Соловьева О. С. Макарова // Биология внутр. вод. – 2022. – № 4. – С. 367-371. https://doi.org/10.31857/S0320965222040210
Минеева, Н. М. Абиотические факторы и их роль в развитии фитопланктона водохранилищ Нижней Волги / Н. М. Минеева, С. А. Поддубный, И. Э. Степанова, А. И. Цветков // Биология внутренних вод. – 2023. – № 1. – С. 53-64.
Моисеенкова, Т. И. Биогеохимия природных органических веществ в водах суши: распределение и изменчивость при потеплении климата / Т. И. Моисеенкова, М. И. Динуа // Геохимия. – 2023. – Т. 68. – № 2. – С. 187-196.
О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2022 году. Государственный доклад. М.: Минприроды России, МГУ имени М.В. Ломоносова. – 2023. – 687 с.
Органическое вещество и биогенные элементы во внутренних водоемах и морских водах // Материалы V Всероссийского симпозиума с международным участием. 10-14 сентября 2012 г., г. Петрозаводск, Республика Карелия, Россия. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН. – 465 с.
Паутова, В.Н. Продуктивность фитопланктона Куйбышевского водохранилища / В.Н. Паутова, В.И. Номоконова. – Тольятти: ИЭВБ РАН, 1994. – 190 с.
Паутова, В.Н. Динамика содержания хлорофилла «а» в фитопланктоне Куйбышевского водохранилища / В.Н. Паутова, В.И. Номоконова // Гидробиологический журнал. – 2002. – Т. 38. – № 6. – С. 3-9.
Селезнева, К.В. Содержание растворенного кислорода в воде Куйбышевского водохранилища в условиях массового развития водорослей / К.В. Селезнева, А.В. Селезнева, В.А. Селезнев // Вестник ВГУ, Серия: География. Геоэкология. – 2022. – № 3. – С. 97-108.
Селезнева, К.В. Трансформация термического режима Куйбышевского водохранилища на фоне глобального потепления климата / К.В. Селезнева, А.В. Селезнева, В.А. Селезнев // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География. Геоэкология. – 2023. – № 3. – С.57 -67.
Сиренко, Л. А. «Цветение» воды и эвтрофирование / Л. А. Сиренко, М. Я. Гавриленко. – Киев: Наук. думка, 1978. – 230 с.
Сухаревич, В. И. Глобальное распространение цианобактерий: причины и последствия (обзор) / В. И., Сухаревич, Ю. М. Поляк // Биология внутренних вод. – 2020. – № 6. – С. 562-572.
Скопинцев, Б.А. Органическое вещество в природных водах (водный гумус) / Б.А Скопинцев. – Л.: Гидрометеоиздат, 1950. – 290 с.
Скопинцев, Б. А. Использование значений отношений различных показателей органического вещества природных вод для его качественной оценки / Б. А. Скопинцев, И. А. Гончарова // Современные проблемы региональной и прикладной гидрохимии. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. – С. 95-117.
Уманская,М.В. Цианобактериальные цветения воды в пресноводных континентальных водоемах: обзор / М.В. Уманская, М.Ю. Горбунов, Н.Г. Тарасова // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2023. – Т. 25. – № 5. – С. 182-194.
Экология фитопланктона Куйбышевского водохранилища. – Л.: Наука, 1989. – 302 с.
Фитопланктон Нижней Волги. Водохранилища и низовье реки. – СПб.: Наука, 2003. – 229 с.
Algesten G., Sobek S., Bergstro A.K. et al. 2003. Role of lakes for organic carbon cycling in the boreal zone // Global Change Biol. (10), 141-147.
Baines S.B., Pace M.L. 1991. The production of dissolved organic matter by phytoplankton and importance to bacteria: Patterns across marine and freshwater systems // Limnol. Oceanogr. Vol. 36, № 6. P 1078-1090.
Crapart C., Andersen T., Hessen D.O. et al. 2021. Factors governing biodegradability of dissolved natural organic matter in Lake. Water. (13), 2210
IPCC, 2022: Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [H.- O. Pörtner, D.C. Roberts, M. Tignor, E.S. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Craig, S. Langsdorf, S. Löschke, V. Möller, A. Okem, B. Rama (eds.)]. Cambridge University Press. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA, 3056 pp., doi:10.1017/9781009325844.
Liu F. 2020. Dissolved organic carbon concentration and biodegradability across the global rivers: A metaanalysis Sci. of The Tot. Env. 818, 151828
Hansell D.A., Carlson C.A., Suzuki Y. 2002. Dissolved organic carbon export with North Pacifi c Intermediate Water formation // Glob. Biogeochem. Cycle (16), 1007.
Kellerman A.M., Kothawala D.N., Dittmar T. et al. 2015. Persistence of dissolved organic matter in lakesrelated to its molecular characteristics // Nature Geoscience. (8), 454-457.
Kim S., Kaplan L.A., Hatcher P.G. 2006. Biodegradable dissolved organic matter in a temperate and a tropical stream determined from ultra-high resolution mass spec-trometry //. Limnol. Oceanogr. (51), 1054-1063.
Koehler B., von Wachenfeldt E., Kothawala D., Tranvik L.J. 2012. Reactivity continuum of dissolved organic carbon decomposition in lake water. // J. Geophys. Res. 117.
Paerl H.W., Paul V.J. 2012. Climate change: links to global expansion of harmful cyanobacteria // Water Res. V. 46. P. 1349
Pokrovsky O.S. 2017. Allochthonous and autochthonous carbon in deep, organicrich and organicpoor lakes of the European Russian subarctic // Boreal Environment research. 22, 213-230.
Rantala M.V., Nevalainen L., Rautio M. et al. 2016. Sources and controls of organic carbon in lakes across the subarctic treeline // Biogeochem. (129), 235-253
Seleznev V. A., Bespalova K. V., Selezneva A. V. 2018. Seasonal variability of phosphate content in the Volga water under conditions of anthropogenic eutrophication of reservoirs // Journal of Water Chemistry and Technology. Vol. 40, Iss. 5. P. 307-311. DOI:https://doi.org/10.3103/S1063455X18050107.

Еще