Научный журнал

Научное обозрение. Биологические науки

ISSN 2500-3399

ПИ №ФС77-57454

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Мискевич И.В. 1 Новикова Ю.В. 2 Трошков В.А. 3 Мосеев Д.С. 1

---

1 Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН

2 Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лавёрова УрО РАН

3 Научно-производственная фирма «Субарктика»

Рассмотрена сезонная изменчивость биомасс фитопланктона и зоопланктона на устьевом взморье реки Северная Двина в юго-восточной части Двинского залива Белого моря. Учитывались данные гидробиологических наблюдений на 5 станциях весной, летом и осенью в 2020 и 2022 годах. Выявлено, что в зоне коагуляционно-сорбционной ступени маргинального фильтра устья реки Северная Двина при солености 5-20‰ в вегетационный период наблюдаются минимумы биомассы фитопланктона и зоопланктона. Локальные максимумы биомасс планктона формируются в дельте реки при солености менее 5‰ и на прилегающей к взморью глубоководной акватории Двинского залива при солености более 20‰. Предположено, что биологическая трансформация растворенных биогенных веществ получает наибольшую интенсивность в дельте реки на гравитационной ступени, а трансформация нерастворенной органики, потребляемой гидробионтами-фильтратами – на биологической ступени маргинального фильтра. В сезонной изменчивости планктона в зоне коагуляционно-сорбционной ступени наблюдается аномальное совпадение максимального накопления биомасс фитопланктона и зоопланктона. Их медианные концентрации в этот сезон года составляют 0,88-2,31 и 7,7-42,0 мкг/м3. Массовое развитие микроводорослей в указанной зоне весной ограничивается гидрологическими условиями, в первую очередь высокой мутностью устьевых вод. В гравитационной зоне в дельте реки и в биологичекой зоне за пределами устьевого взморья реки для фитопланктона соблюдается стандартная ситуация с наличием весеннего максимума и осеннего минимума. Сезонная изменчивость биомассы зоопланктона во всех зонах маргинального фильтра не имеет каких-либо аномалий. Работа выполнена в рамках государственного задания по теме «Современные и древние донные осадки и взвесь Мирового океана – геологическая летопись изменений среды и климата: рассеянное осадочное вещество и донные осадки морей России, Атлантического, Тихого и Северного Ледовитого океанов – литологические, геохимические и микропалеонтологические исследования; изучение загрязнений, палеообстановок и процессов в маргинальных фильтрах рек» № FMWE-2021-0006.

Статья в формате PDF

375 KB

устье

Северная Двина

фитопланктон

зоопланктон

биомасса

сезоны

соленость

маргинальный фильтр

1. Гордеев В.В., Филиппов А.С., Кравчишина М.Д., Новигатский А.Н., Покровский О.С., Шевченко В.П., Дара О.М. Особенности геохимии речного стока в Белое море // Система Белого моря. Т. II. Водная толща и взаимодействующие с ней атмосфера, криосфера, речной сток и биосфера. М.: Научный мир, 2012. С. 225-308.

2. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем / Ред. В.А. Абакумов. СПб: Гидрометеоиздат, 1992. 318 с.

3. Микулинская С.М., Рожков В.А. Обработка малых выборок // Режимообразующие факторы, информационная база и методы ее анализа. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. С. 167-176.

4. Мискевич И.В., Мосеев Д.С., Трошков В.А. Некоторые особенности распределения зоопланктона в маргинальном фильтре устья реки Северная Двина // Естественные и технические науки. 2022. № 4(167). С. 121-124.

5. Котова Е.И., Коробов В.Б., Шевченко В.П., Иглин С.М. Экологическая ситуация в устьевой области реки Северной Двины // Успехи современного естествознания. 2020. № 5. С. 121–129.

6. Студенова М.А., Студенов И.И., Чупов Д.В., Самодов А.С. Зообентос дельты реки Северная Двина // Теоретическая и прикладная экология. 2021. № 2. С. 34-39.

7. Артемьев С.Н., Новоселов А.П., Левицкий А.Л. Таксономическое и видовое разнообразие макрозообентоса в Двинском заливе Белого моря // Arctic Environmental Research. 2017. Vol. 17. № 4. P. 302-320.

В условиях наблюдаемого потепления климата на севере Европы должны происходить значительные изменения в процессах обмена веществом между сушей и морем. Такой обмен можно рассматривать в рамках реализации модели маргинального фильтра в устьях рек, разработанной академиком А.П. Лисицыным. Применительно к устьевой области р. Северной Двины указанная модель будет иметь гравитационную ступень в диапазоне солености менее 5‰, коагуляционно-сорбционную ступень при солености 5–20‰ и биологическую ступень при солености более 20‰ [1]. На первой ступени обычно наблюдается максимальная мутность зоны смешения речных и морских вод, на второй ступени наибольшую активность получают гидрохимические процессы, и для третьей зоны характерны наибольшие биомассы планктона, зообентоса и ихтиофауны.

Целью выполненных исследований было определение характера сезонной изменчивости биомасс микроводорослей и зоопланктона на устьевом взморье р. Северной Двины в разных зонах маргинального фильтра в современных условиях.

Материалы и методы исследования

Отбор проб воды производился весной (июнь), летом (август) и осенью (октябрь) в 2020 и 2022 годах на 5 станциях, расположение которых указано на рис. 1. Наблюдениями охватывался восточный сектор устьевого взморья р. Северной Двины в юго-восточной части Двинского залива Белого моря. Здесь располагается фронтальная зона смешения морских и речных вод, а глубины на станциях колеблются в диапазоне 8-12 метров.

Гидробиологические исследования выполнялись в соответствии с методическим пособием [2]. Пробы воды с поверхностного и придонного горизонтов для определения параметров фитопланктона отбирались батометром Hydro-Bios объемом 5 литров. Далее из них формировалась единая интегральная проба воды объемом 1 литр. В лабораторных условиях с помощью вакуумной установки фитопланктон осаждали на мембранные фильтры «Владисарт» (диаметр пор 0,65 мкм), покрытые MgCO3 и диаметром 47 мм. Экстрагирование осадка, спектрофотометрирование экстракта, расчет концентрации хлорофилла «а» проводили согласно ГОСТ 17.1.4.02-90. Общая биомасса фитопланктона вычислялась по найденной концентрации хлорофилла «а».

Отбор проб зоопланктона производился сетью Джеди диаметром 36 см, при этом облавливался горизонт дно – 0 м. Затем пробы фиксировали 40% раствором формальдегида. Обработка велась в лабораторных условиях счетным методом в камере Богорова. Биомасса определялась по расчетным весам организмов и путем взвешивания гидробионтов на весах Kern 770.

Рис. 1. Карта-схема расположения станций гидробиологических наблюдений в юго-восточной части Двинского залива Белого моря

В состав сопутствующих наблюдений входило определение температуры и солености воды на поверхностном и придонном горизонтах. Для этой цели использовался многопараметрический анализатор жидкости Multi 3420 фирмы WTW.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты статистической обработки данных по биомассе планктона в каждый сезон на 5 мониторинговых станциях представлен в таблице. В ней вместо среднего значения использована медиана, как наиболее помехоустойчивая и наиболее показательная оценка центра распределения данных при использовании коротких выборок наблюдений [3]. Из таблицы видно, что в различные годы биомассы планктона на устьевом взморье р. Северной Двины могут существенно меняться. Можно предварительно предположить, что наименьшие междугодовые отклонения наблюдаются осенью в конце вегетационного периода, а наибольшие характерны для летнего периода.

Статистическая характеристика сезонной изменчивости биомассы планктона на устьевом взморье р. Северной Двины в юго-восточной части Двинского залива Белого моря в 2020 и 2022 годах.

а) б) в)

Рис. 2. Изменчивость биомассы планктона (В) и солености (S) устьевых вод на различных станциях на устьевом взморье р. Северной Двины в июне (а), августе (б) и октябре (в) 2022 года

При этом для изменчивости биомассы микроводорослей отмечается нарушение сезонной закономерности, типичной для речных (озерных) и чисто морских вод, когда её максимум фиксируется в весенний период. На устьевом взморье р. Северной Двины такой максимум для биомассы фитопланктона, как и для зоопланктона, наблюдался летом.

Представленные в таблице биомассы планктона в основном наблюдались в водах с диапазоном солености 5-20‰, т.е. в зоне коагуляционно-сорбционной ступени маргинального фильтра. Исключение составили воды на станции 5к весной (соленость 4,7‰) и на станциях 3к и 4г (соленость 22,4-22,8‰) осенью 2022 года. На рис. 2 видно, что на станции 5к, где соленость соответствовала гравитационной ступени, весной наблюдалась максимальная биомасса микроводорослей. При этом лишь для данной станции соблюдалась классическая изменчивость биомассы фитопланктона с наличием максимума весной и минимума осенью. Диапазон солености, соответствующий биологической ступени (более 20‰), в районе мониторинговых исследований был охвачен лишь осенью. Но это был конец вегетационного периода, когда биомасса фитопланктона зависит от специфики функционирования пищевой цепочки «фитопланктон – зоопланктон – рыба» в весенний и летний сезоны и не имеет какой-либо значимой корреляции с распределением солености.

В работе [4] на основании исследований связи биомассы зоопланктона с распределением солености на устьевом взморье р. Северной Двины было показано, что её минимум соответствует коагуляционно-сорбционной ступени. Возрастание биомассы зоопланктеров наблюдалось на гравитационной ступени и биологической ступени. При этом указывалось, что её максимум наиболее характерен для биологической ступени, где, в частности, она может достигать уровня 1000-2000 мг/м3 и даже более.

Анализ данных по распределению фитопланктона в различные сезоны 2020 и 2022 годов позволяет предположить, что минимум его биомассы на устьевом взморье р. Северной Двины, как и для зоопланктона, наблюдается на коагуляционно-сорбционной ступени маргинального фильтра. Это обусловлено присутствием в рассматриваемой зоне неблагоприятных условий для его развития, которые формируются при наличии сильных приливных течений и короткопериодной изменчивости термохалинных характеристик во фронтальной зоне смешения морских и речных вод. В условиях мелководья устьевого взморья реки оседающие здесь взвеси, которые выносятся весной с речным стоком, четыре раза в сутки на пике скоростей течений (0,3-0,5 м/с) в фазы отлива и прилива вновь поступают в водную толщу, повышая мутность водной среды. Она, в свою очередь, снижает приток света в устьевые воды, уменьшая его доступ микроводорослям. Кроме этого, взвешенные частицы песка в сочетании с высокими скоростями течений могут оказывать деформирующее воздействие на некоторые виды планктона. В рассматриваемой зоне также наибольшее развитие получают геохимические процессы, в том числе связанные с загрязнением водной среды [5], что может препятствовать массовому развитию в её водах планктона.

В летнюю межень за счет постепенного транзита мелкодисперсных наносов с мелководной акватории устьевого взморья р. Северной Двины на более глубоководные участки Двинского залива процессы взмучивания донных отложений перестают вызывать сильное замутнение устьевых вод в диапазоне солености 5-20‰. Одновременно за счет сильного прогрева речных и устьевых вод наблюдается усиление минерализации органического вещества, повышающей содержание солей азота и фосфора. Таким образом, можно предположить, что фитопланктон устьевого взморья реки летом получает лучшие условия для массового развития, чем весной. Это влечет за собой локальную аномалию в сезонной динамике биомассы фитопланктона, которая накладывается на сопутствующее возрастание биомассы зоопланктона.

В дельте р. Северной Двины за счет разнообразия геоморфологических условий даже на пике весеннего половодья имеются участки со слабыми течениями и сравнительно прозрачной водой, где могут происходить вспышки развития микроводорослей. К ним, в частности, относятся многочисленные микрозаливы и мелководные зоны между дельтовыми рукавами с наличием массовых зарослей галофитов. Но наилучшие условия для формирования высоких биомасс планктон получает за пределами устьевого взморья реки, где глубины повышаются до 20-30 и более метров и сильно ослабевают скорости приливных течений и литодинамические процессы. Здесь содержание взвесей на 1-2 порядка ниже, чем на устьевом взморье реки.

Аналогичная ситуация прослеживается и для донных беспозвоночных. По данным мониторинговых наблюдений НПФ «Субарктика», в восточном секторе устьевого взморья р. Северной Двины средняя биомасса зообентоса в 2020 и 2022 годах составила 2,70 и 2,91 г/м2. При этом в восточной части дельты реки, по данным СевПИНРО [6], в период с 2012 по 2018 г. она в среднем равнялась 5,25 г/м2. За пределами устьевого взморья в зоне биологической пробки маргинального фильтра на юго-востоке Двинского залива биомасса донных беспозвоночных возрастает на порядок [7].

Локализация минимальных биомасс планктона на устьевом взморье р. Северной Двины дает возможность рассматривать его как оптимальный в экологическом отношении район для дампинга грунта. Существующие здесь много лет отвалы грунта, вынимаемого на судоходных каналов в портах Архангельска и Северодвинска, создают более низкий рыбохозяйственный ущерб по сравнению с его возможным объемом, который бы наблюдался при дампинге грунта в зоне биологической ступени маргинального фильтра.

Выводы

Полученные результаты позволяют предположить, что минимум биомассы планктона в вегетационный период наблюдается в зоне коагуляционно-сорбционной ступени маргинального фильтра р. Северной Двины при солености 5-20‰. Её локальные максимумы в вегетационный период формируются в дельте реки при солености менее 5‰ и на прилегающей к взморью глубоководной акватории Двинского залива при солености более 20‰. Наиболее вероятно, что биологическая трансформация растворенных биогенных веществ получает наибольшую интенсивность в дельте реки на гравитационной ступени, а трансформация нерастворенной органики, потребляемой гидробионтами-фильтратами – на биологической ступени маргинального фильтра. В условиях наблюдаемого потепления климата наибольшие изменения в его структуре, скорее всего, будут наблюдаться в зоне гравитационной ступени в дельте р. Северной Двины.

Библиографическая ссылка