Минеева Н.М.

Natalya M. Mineeva

Институт биологии внутренних вод имени И.Д. Папанина РАН (Борок, Россия)

УДК 574.583(285.2):581

По данным полевых наблюдений 1995–2005 и 2012–2016 гг. приводится пигментный состав фитопланктона водохранилищ Верхней Волги. При среднем содержании Хл а от 13,1±1,4 до 52,5±2,7 мкг/л в Иваньковском водохранилище и от 4,1±0,9 до 27,5±2,5 мкг/л в Угличском водохранилище увеличение Хл а отмечено после аномально жаркого 2010 г. Содержание Хл а в Иваньковском водохранилище, сохраняющем эвтрофный статус, не выходит за рамки многолетних колебаний. В Угличском водохранилище выявлен рост абсолютного и относительного количества Хл а, свидетельствующий о переходе водохранилища в разряд эвтрофных.

Ключевые слова: фитопланктон; растительные пигменты; водохранилища Верхней Волги

Под влиянием глобальных и региональных факторов в водных экосистемах происходят процессы, для анализа и прогноза которых необходимы многолетние наблюдения. В водохранилищах Верхней Волги с середины ХХ столетия проводятся исследования растительных пигментов, которые служат маркерами развития и состояния фитопланктона – основного продуцента автохтонного органического вещества (Экологические…, 2001; Минеева, 2004, 2006; Mineeva, 2019). К настоящему времени накоплены обширные данные, позволяющие проследить многолетнюю динамику фотосинтетических пигментов, оценить современное состояние водоемов и направленность происходящих в экосистеме сукцессионных изменений в зависимости от факторов среды. Материал собран на 20 станциях Иваньковского и Угличского водохранилищ (Верхняя Волга) в летний период 1995–2003, 2005, 2012–2016 гг. Пигменты определяли в тотальных (0 м–дно) пробах воды стандартным спектрофотометрическим методом (SCOR-UNESCO, 1966).

Иваньковское и Угличское водохранилища, первая и вторая ступени Волжского каскада, расположены в подзоне южной тайги между 56°51′ и 57°32′ с. ш., 35°55′ и 38°20′ в. д. Это крупные (327 и 249 км²) относительно мелководные (средняя глубина 3,4 и 5,0 м) водоемы сезонного регулирования стока с высокими показателями интенсивности водообмена (10,6 и 10,1 год^-1) и удельного водосбора (Иваньковское – 125, Угличское – 241). Оба водохранилища характеризуются высоким содержанием соединений фосфора и азота (Экологические…, 2001). Высшая водная растительность занимает около 5% акватории в Угличском водохранилище и 23% в Иваньковском (Poddubnyi et al., 2017). Наблюдения выполнены в периоды, различающиеся условиями водности и относящиеся как к маловодной (1996–2003 гг.), так и к многоводной (остальные года) фазам цикла общей увлажненности. Температура воды в обоих водохранилищах в 1995–2003 гг. была ниже, чем в последующие годы (Таблица), когда она превышала средние многолетние показатели (Экологические…, 2001). Температура, а также прозрачность и цветность воды мало менялись по акватории водохранилищ.

Содержание хлорофилла а (Хл а) в Иваньковском водохранилище в разные годы изменялось от минимального 5–15 мкг/л до максимального 25–83 мкг/л, а в 2014 г. нижнее и верхнее значения выросли соответственно до 24 и 104 мкг/л. Более 70% всех величин заключены в пределы 15–50 мкг/л. Как и средние показатели (Таблица), они соответствуют водам эвтрофного и гипертрофного типа. Распределение фитопланктона (Хл а) по акватории водохранилища было весьма пятнистым (коэффициенты вариации 56–87%). Повышенные концентрации, как правило, отмечаются в Шошинском плесе и прилегающем к нему участке. В Угличском водохранилище содержание Хл а ниже, чем в Иваньковском: предельные величины составляли от 1–15 до 20–58 мкг/л. Средние концентрации пигмента, которые менялись в широком диапазоне, стали устойчиво высокими в 2012 г. и в последующие годы (Таблица). Диапазон наиболее часто встречаемых концентраций был ограничен 10 мкг/л в 1995–2005 гг. и увеличился до 15–30 мкг/л в последующие годы, что соответствует водам мезотрофного типа в первом случае и эвтрофного типа во втором. Распределение хлорофилла по акватории водохранилища характеризовалось умеренной степенью изменчивости, коэффициенты вариации не превышали 69%. Повышенным содержанием пигмента выделяется средний участок водохранилища, принимающий воды основных притоков – рек Медведица и Нерль, а также верхняя часть, куда поступают воды из Иваньковского водохранилища.

Таблица. Содержание хлорофилла и температура воды (Т) в водохранилищах Верхней Волги (средние величины со стандартной ошибкой)

Table. Chlorophyll content and water temperature (Т) in the Upper Volga reservoirs (mean values with standard error)

Диапазон концентраций Хл а, отражающий динамику биомассы фитопланктона, в Иваньковском водохранилище близок к наблюдаемому в предыдущие годы, а в Угличском с 2012 г. он стал существенно шире за счет роста максимальных величин. Качественный состав пигментов за годы исследования не претерпел существенной трансформации. В общем фонде зеленых пигментов превалирует Хл а с вкладом от ~80 до >95%. Максимальные значения получены в последние годы. Этот показатель не изменился в Иваньковском водохранилище, а в Угличском водохранилище заметно вырос и свидетельствует о возросшей роли цианопрокариот в составе фитопланктона, что связывают, в частности, с глобальным потеплением (Paerl, Paul, 2012; Jeppesen et al., 2015) и отмечают в водохранилищах Волги (Корнева, 2015). Заметное увеличение вклада цианопрокариот в общее содержание Хл а выявлено в Рыбинском водохранилище (Минеева, 2016).

Содержание феопигментов коррелировало с Хл а (R² = 0,76) и составляло в среднем 30–50% суммарного с хлорофиллом количества. Типичные для альгоценозов пресных вод концентрации феопигментов, а также постоянное преобладание в пигментом фонде зеленых пигментов (хлорофиллов) над желтыми (каротиноидами) свидетельствует о физиологическом благополучии фитопланктона водоемов, в воде которых содержится достаточное для развития водорослей количество основных биогенных веществ - азота и фосфора.

Несмотря на близкое географическое положение Иваньковского и Угличского водохранилищ, в которых формируются сходные термические и радиационные условия, в этих водоемах установлен разный уровень вегетации фитопланктона и разный ход его многолетнего развития. Содержание хлорофилла в двух водохранилищах изменяется не синхронно (R² = 0,28, p < 0,05). Межгодовые колебания Хл а зависят от прямого и косвенного воздействия гидроклиматических факторов. Повышенное обилие фитопланктона наблюдается в годы с низкой водностью при высокой температуре, минимальное - в многоводные прохладные годы. Так, нетипично высокие для Угличского водохранилища концентрации Хл а были отмечены при высокой температуре воды в маловодные 1999 и 2003 гг., а низкие (особенно не типичные для Иваньковского водохранилища) – при низкой температуре в многоводном 1998 г.

Увеличение Хл а в обоих водохранилищах отмечено после аномально жаркого 2010 г. При этом фитопланктон Угличского водохранилища в большей степени подвержен влиянию температуры, нежели Иваньковского, о чем свидетельствуют коэффициенты детерминации (R² = 0,68 и 0,34, соответственно; данные сглажены). По-видимому, экосистемы двух водохранилищ и их автотрофные сообщества, характеризующиеся разным составом, не одинаково реагируют на изменения внешних условий, причиной которых может быть глобальное потепление. В Иваньковском водохранилище, где автотрофное звено формируют фитопланктон и высшая водная растительность, количественное развитие и пигментный состав фитопланктона не выходят за пределы многолетних колебаний. За полувековой период в водохранилище не выявлено направленных изменений содержания хлорофилла (R² = 0,02), и оно сохраняет эвтрофный статус. В Угличском водохранилище, где основным первичным продуцентом является фитопланктон, отмечен рост Хл а (R² = 0,13) и увеличение его относительного количества, указывающее на возросшую роль цианопрокариот в составе альгоценозов. Это свидетельствует о переходе водохранилища из мезотрофного состояния в эвтрофное, связанном, в частности, с глобальным потеплением. Концентрации пигмента, превышающие 30–60 мкг/л, характерные для «цветения» воды различной интенсивности и отражающие различную степень экологического неблагополучия водоема, раннее отмечались лишь локально в Иваньковском водохранилище. В последние годы они стали массовыми в этом водоеме и появились в центральной части Угличского водохранилища, свидетельствуя об ухудшении экологической ситуации.

Таким образом, анализ многолетних данных по содержанию и составу пигментов фитопланктона водохранилищ Верхней Волги выявил межгодовые колебания Хл а, зависящие от гидроклиматических условий. Повышенное обилие фитопланктона отмечается в годы с низкой водностью при высокой температуре воды, минимальные - в многоводные годы. Увеличение Хл а в обоих водохранилищах отмечено после аномально жаркого 2010 г. Качественный состав пигментов не претерпел существенной трансформации за полувековой период, однако в Угличском водохранилище увеличилось абсолютное и относительное количество Хл а, свидетельствующее о возросшей роли цианопрокариот в составе фитопланктона. Содержание Хл а в Иваньковском водохранилище не выходит за пределы многолетних изменений, и водохранилище длительное время сохраняет эвтрофный статус. Рост Хл а, выявленный в Угличском водохранилище, свидетельствует о его переходе из мезотрофного состояния в эвтрофное.

Исследование выполнено в рамках Госзадания АААА-А18-118012690096-1.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данном сообщении.

Список литературы

1. Корнева Л.Г. Фитопланктон водохранилищ бассейна Волги. – Кострома: Костромской печатный дом, 2015. – 284 c.
2. Минеева Н.М. Растительные пигменты в воде волжских водохранилищ. – М.: Наука, 2004. – 158 с.
3. Минеева Н.М. Сезонная и межгодовая динамика хлорофилла в планктоне Рыбинского водохранилища по данным флуоресцентной диагностики // Экология, морфология и систематика водных растений. Труды ИБВВ РАН. Вып. 76 (79). – Ярославль: Филигрань, 2016. – С. 75–93.
4. Минеева Н.М. Содержание фотосинтетических пигментов в водохранилищах Верхней Волги (1994–2003 гг.) // Биология внутренних вод. 2006 №1. С. 31–40.
5. Экологические проблемы Верхней Волги. – Ярославль: ЯГТУ, 2001. – 427 с.
6. Jeppesen E., Brucet S., Naselli-Flores L., Papastergiadou E., Stefanidis K., Nõges T., Nõges P., Attayde J.L., Zohary T., Coppens J., Bucak T., Menezes R.F., Freitas F.R.S., Kernan M., Søndergaard M. & Beklioğlu M. Ecological impacts of global warming and water abstraction on lakes and reservoirs due to changes in water level and related changes in salinity // Hydrobiologia. 2015. V.750, №1. P. 201–227. DOI: https://doi.org/10.1007/s10750-014-2169-x
7. Mineeva N.M. Content of Photosynthetic Pigments in the Upper Volga Reservoirs (2005–2016) // Inland Water Biology. 2019. V.12, №2. P. 161–169. DOI: https://doi.org/10.1134/S199508291902010X
8. Paerl H.W., Paul V.J. Climate change: Links to global expansion of harmful cyanobacteria // Water Research. 2012. V.46. P. 1349–1363. DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2011.08.002
9. Poddubnyi S.A., Papchenkov V.G., Chemeris E.V., Bobrov A.A. Overgrowing of protected shallow waters in the Upper Volga reservoirs in relation to their morphology // Inland Water Biol. 2017. V.10, №1. P. 64–72. DOI: https://doi.org/10.1134/S199508291701014X
10. SCOR-UNESCO Working Group 17. Determination of photosynthetic pigments in sea water // Monographs on Oceanographic Methodology. – Montreux: UNESCO, 1966. – P. 9–18.

Статья поступила в редакцию 30.06.2020
После доработки 11.12.2020
Статья принята к публикации 12.12.2020

Об авторах

Минеева Наталья Михайловна – Natalya M. Mineeva

доктор биологических наук
главный научный сотрудник, Институт биологии внутренних вод имени И.Д. Папанина РАН, п. Борок, Ярославская обл., Россия (Papanin Institute for Biology of Inland Waters of RAS, Borok, Russia), лаборатория альгологии

mineeva@ibiw.ru

Корреспондентский адрес: Россия, 152742, Ярославская обл., Некоузский р-он, п. Борок, д. 109, ИБВВ РАН. Телефон (48547)24-348.

ССЫЛКА:

Минеева Н.М. Пигментный состав фитопланктона и его многолетняя динамика в водохранилищах Верхней Волги // Вопросы современной альгологии. 2020. № 2 (23). С. 74–78. URL: http://algology.ru/1655

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2020-2(23)-74-78

При перепечатке ссылка на сайт обязательна

Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно. 
Адрес - info@algology.ru

Pigment composition of phytoplankton and its long-term dynamics in reservoirs of the Upper Volga

Natalya M. Mineeva

Papanin Institute for Biology of Inland Waters of RAS (Borok, Russia)

According to field observations during 1995–2005 and 2012–2016, the pigment composition of phytoplankton in the Upper Volga reservoirs is given. With an average Chl a content of 13,1±1,4 to 52,5±2,7 μg/L in the Ivankovo reservoir and from 4,1±0,9 to 27,5±2,5 μg/L in the Uglich reservoir, an increase in Chl a was noted after an abnormally hot 2010. The content of Chl a in the Ivankovo reservoir retaining eutrophic status does not go beyond the limits of long-term fluctuations. In the Uglich reservoir, an increase in the absolute and relative amount of Chl a was revealed, indicating the transition of the reservoir to the eutrophic category.

Key words: phytoplankton; plant pigments; Upper Volga reservoirs

References

1. Ekologicheskie problemy Verkhnei Volgi [Environmental Problems of the Upper Volga]. Yaroslav. Gos. Tekh. Univ., Yaroslavl, 2001. 427 p. (in Russ.)
2. Jeppesen E., Brucet S., Naselli-Flores L., Papastergiadou E., Stefanidis K., Nõges T., Nõges P., Attayde J.L., Zohary T., Coppens J., Bucak T., Menezes R.F., Freitas F.R.S., Kernan M., Søndergaard M. & Beklioğlu M. Ecological impacts of global warming and water abstraction on lakes and reservoirs due to changes in water level and related changes in salinity. Hydrobiologia. 2015. V.750, №1. P. 201–227. DOI: https://doi.org/10.1007/s10750-014-2169-x
3. Korneva L.G. Fitoplankton vodokhranilishch basseina Volgi [Phytoplankton of Reservoirs in the Volga River Basin]. Kostromskoi pechatnyi dom, Kostroma, 2015. 284 p. (in Russ.)
4. Mineeva N.M. Content of Photosynthetic Pigments in the Upper Volga Reservoirs (2005–2016). Inland Water Biology. 2019. V.12, №2. P. 161–169. DOI: https://doi.org/10.1134/S199508291902010X
5. Mineeva N.M. Rastitel’nye pigmenty v vode volzhskikh vodokhranilishch [Plant Pigments in Water of Volga Reservoirs]. Nauka, Moscow, 2004. 158 p. (in Russ.)
6. Mineeva N.M. Sezonnaya i mezhgodovaya dinamika hlorofilla v planktone Rybinskogo vodohranilishcha po dannym fluorescentnoj diagnostiki [Seasonal and interannual dynamics of chlorophyll in plankton of the Rybinsk Reservoir based on fluorescence diagnosis]. Ekologiya, morfologiya i sistematika vodnyh rastenij. Trudy IBVV RAN. [Ecology, morphology and systematics of aquatic plants. Proceedings of IBIW RAS] Vyp. 76 (79). Filigran', Yaroslavl', 2016. P. 75–93. (in Russ.)
7. Mineeva N.M. Soderzhanie fotosinteticheskih pigmentov v vodohranilishchah Verhnej Volgi (1994–2003) [The content of photosynthetic pigments in the Upper Volga reservoirs (1994–2003)]. Biol. Vnutr. Vod [Inland Water Biology]. 2006. №1. P. 31–40. (in Russ.)
8. Paerl H.W., Paul V.J. Climate change: Links to global expansion of harmful cyanobacteria. Water Research. 2012. V.46. P. 1349–1363. DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2011.08.002
9. Poddubnyi S.A., Papchenkov V.G., Chemeris E.V., Bobrov A.A., Overgrowing of protected shallow waters in the Upper Volga reservoirs in relation to their morphology. Inland Water Biol. 2017. V.10, №1. P. 64–72. DOI: https://doi.org/10.1134/S199508291701014X
10. SCOR-UNESCO Working Group 17. Determination of photosynthetic pigments in sea water. Monographs on Oceanographic Methodology. UNESCO, Montreux, 1966. P. 9–18.

Author

Mineeva Natalya M.

ORCID – https://orcid.org/0000-0002-4009-6217, РИНЦ Author ID – 63148.

Papanin Institute for Biology of Inland Waters of RAS, Borok, Russia

mineeva@ibiw.ru

ARTICLE LINK:

Mineeva N.M. Pigment composition of phytoplankton and its long-term dynamics in reservoirs of the Upper Volga. Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2020. № 2 (23). P. 74–78. URL: http://algology.ru/1655

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2020-2(23)-74-78

When reprinting a link to the site is required

Dear colleagues! If you want to receive the version of the article in PDF format, write to the editor,please and we send it to you with pleasure for free. 
Address - info@algology.ru

На ГЛАВНУЮ

Карта сайта

КОНТАКТЫ

Email: info@algology.ru

Изготовление интернет сайта
5Dmedia

ЛИЦЕНЗИЯ

Эл N ФС 77-22222 от 01 ноября 2005г.

ISSN 2311-0147