Проект: Исследование закономерностей функционирования трофических цепей в меромиктических озерах

Проект: Исследование закономерностей
функционирования трофических цепей в
меромиктических озерах
Руководитель проекта: к.б.н., доцент Задереев Егор Сергеевич
Исполнитель: Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Сибирский федеральный университет»
Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и
научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., в
рамках реализации мероприятия № 1.2.2 Проведение научных
исследований научными группами под руководством кандидатов наук
Цель проекта:
Получение новых знаний о функционировании трофических цепей
стратифицированных меромиктических озер и последующее
использование полученных закономерностей и разработанных
математических моделей для анализа динамики водных экосистем,
оценки последствий антропогенных или других воздействий.
Задачи четвертого этапа выполнения НИР
 завершение ежемесячных круглогодичных биосъёмок и обработки проб.
Камеральная обработка проб микроорганизмов, фито и зоопланктона, амфипод
собранных в ходе биосъёмок;
 расчет первичной продукции, дифференцированной по звеньям трофической
цепи с использованием оригинальных методик;
 анализ вертикальных распределений зоопланктона с помощью разработанной
системы подводного видеонаблюдения, калибровка системы по данным отборов
проб и акустических доплеровских профилографов течений;
 проведение патентных исследований в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
Команда проекта
Объекты исследования
Меромиктические озера
Шира и Шунет
Озеро Шира
Меромиктические озера
являются перспективными
объектами для исследования
механизмов формирования
вертикальных
неоднородностей живого в
водных экосистемах, а также
функционирования
трофической сети в условиях
стратифицированного
распределения физикохимических факторов среды.
Озеро Шунет
Выполненные работы и
основные результаты
1. Проведен анализ стабильности стратификации и
мониторинг динамики физико-химических
параметров в водной толще озер Шира и Шунет
Полученные данные, в том
числе высокоточные измерения
глубины хемоклина показывают,
что соленостная стратификация
водной толщи озера Шунет
обладает большей
устойчивостью, чем озера Шира.
В озере Шира наблюдаются
существенные вариации
глубины хемоклина, в летнее
время - глубины и устойчивости
термоклина. В озере Шунет,
хемоклин стабилен, в то же
время не стабильна
температурная стратификация
оксигенной толщи.
Динамика вертикальной стратификации водной
толщи озера Шира. Черные квадраты – глубина
хемоклина, белые ромбы – глубина термоклина.
Данные полученные в рамках реализации проекта
(осень 2010 года, 2011-2012 годы) продолжают ряд
наблюдений.
2. Выполнен сезонный и пространственный анализ
динамики концентрации фитопланктона в толще воды
озер Шира и Шунет
Сезонная динамика вертикального распределения клеток/колоний фитопланктона в водной
толще озер Шира и Шунет. Средние данные за 2009-2012 годы.
3. Выполнен анализ сезонной и пространственной
динамики содержания органического углерода в
сестоне озер Шира и Шунет
Current effect: F(2, 42)=15.210, p=.00001
Current effect: F(2, 32)=1.5478, p=.22822
3.0
32
Общее содержание органического углерода, г/м 2
Концентрация органического углерода, мг/л
2.8
2.6
2.4
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
эпи
мета
хемо
Концентрация органического углерода
(мг/л) в сестоне озера Шира.
Концентрация углерода в эпилимнионе
достоверно отличаются от
концентраций в металимнионе и
монимолимнионе (Р<0.001).
30
28
26
24
22
20
18
16
14
зима
лето
осень
Общее содержание органического
углерода (мг) в сестоне водной толщи
озера Шира. Общее содержание
органического углерода в сестоне в
летнее время достоверно отличается
от такового в зимнее время (P<0.05).
Концентрации органического углерода в сестоне в миксолимнионе озера Шунет
не показали значимых различий, как между годами, так и между сезонами (в
среднем 1.6 мг/л). Концентрация органического углерода в монимолимнионе
превышала таковую в миксолимнионе почти на два порядка и в среднем
составила 70 мг/л.
Концентрации органического углерода в сестоне озера Шира также не зависели
от сезона и года. Концентрации органического вещества в эпилимнионе были
сравнимы с таковыми в миксолимнионе озера Шунет.
Показано, что общее содержание органического углерода в составе сестона в
столбе воды в этих озерах сопоставимо (50-70 г/м2). Схожие концентрации
сестона в миксолимнионе озер Шира и Шунет позволяют говорить о близкой
продуктивности и трофическом статусе этих озер.
Current effect: F(2, 42)=.15698, p=.85522
Current effect: F(2, 9)=1.2855, p=.32279
2.4
Оз. Шунет
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
Оз. Шира
2.5
Концентрация органического углерода, мг/л
2.2
Концентрация органического углерода, мг/л
2.6
2.4
2.3
2.2
2.1
2.0
1.9
1.8
1.7
1.6
0.8
зима
лето
осень
зима
лето
осень
Сезонная динамика концентрации органического углерода (мг/л) в сестоне миксолимниона
озера Шунет и в водной толще озера Шира.
4. Выполнен анализ сезонной и пространственной динамики
распределения доминирующего в зоопланктоне озера Шира вида
Arctodiaptomus salinus
Показано, что распределение
младших возрастных стадий
популяции A.salinus в первую
очередь определяется
температурой. Пик
численности старших
возрастных стадий популяции
A.salinus всегда находиться
над максимумом хлорофилла.
При этом существует сильная
корреляция между
температурой и
концентрацией хлорофилла
«а».
Влияние факторов среды: температуры, глубины, концентрации
хлорофилла «а», углерода на распределение зоопланктона в весенний
(верхние графики), летний (средние графики) и осенний (нижние
графики) периоды. Канонический анализ соответствий (CCA).
5. Выполнен расчет продукции органического вещества,
дифференцированной по звеньям трофической цепи озера Шира с
использованием биолого-гидродинамической модели
меромиктического озера. Выполнена оценка влияния погодных
условий на продукцию разных трофических звеньев.
Модельная оценка летней
динамики продукции
доминирующих видов фито-,
зоопланктона, амфипод и
бактериопланктона в озере
Шира.
Показано, что продукция основных
компонент экосистемы, а так же
структура трофической цепи озера
Шира зависит от погодных условий.
Более прохладное начало лета
приводит к снижению продукции
зеленых водорослей, провоцировать
увеличение продукции
цианобактерий и вызывать
тотальное доминирование
последних в фитопланктонном
комплексе. Более прохладные
условия второй половины лета
приводят к снижению сезонной
продукции обеих групп
фитопланктона, что сказывается на
структуре трофической цепи:
популяция зоопланктона,
реагирующая прямо на изменение
температурных условий и
опосредовано на ухудшение
продукции кормовой базы, при
изменении погодных условий
испытывает снижение значений
своей продукции.
Моделирование летней динамики продукции фито-,
зоопланктона и амфипод. Верхний ряд – расчеты при условно
средних метеоданных, обобщенных за несколько лет
наблюдений. Средний ряд – расчеты при использовании
метеоданных за летний период 2004 г. Нижний ряд – расчеты
при использовании метеоданных за летний период 2010 г.
16000
14000
y = 36.275x - 33561
R2 = 0.9532
2
Шира (Фито+зоо), мг/м
Продукция органического вещества в тоще воды озера
Показано, что продукция
органического вещества
в водной толще озера
Шира зависит от размера
миксолимниона.
Увеличение размера
миксолимниона
(заглубление хемоклина)
приводит к росту
продукции.
18000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
0
500
1000
1500
Условный размер миксолимниона
Корреляция между размером металимниона (в условных
единицах) и суммарной продукцией органического вещества
в летнее время в толще воды озера Шира.
6. Выполнена калибровка системы подводного
видеонаблюдения
Основное окно программы обработки
подводного видео. Зелеными рамками
выделены детектируемые объекты.
Различные системы для съемки
подводного видео в работе
Показано, что профили вертикального распределения зоопланктона
полученные при анализе данных зафиксированных подводной системой
видео детекции идентичны с профилями вертикального распределения
полученными при анализе данных стандартных биосъемок.
Таким образом разработана система, позволяющая выполнять экспрессную
оценку вертикального распределения зоопланктона с помощью погружной
системы видео детекции.
Current effect: F(10, 33)=.81451, p=.61693
Current effect: F(12, 25)=1.2332, p=.31577
35
Май 2012
25
30
Доля животных на определенной глубине, %
Доля животных на определенной глубине, %
30
20
15
10
5
0
Октябрь 2011
25
20
15
10
5
0
-5
-10
-5
1
2
3
4
5
6
Глубина, м
7
8
9
10
11
видео
проба
-15
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Глубина, м
Профили вертикального распределения доминирующего в зоопланктоне озера Шира вида
Arctodiaptomus salinus полученные при помощи системы видео детекции (видео) и
вакуумного пробоотборника (проба).
видео
проба
Выполнение целевых индикаторов и
показателей Программы
Объекты интеллектуальной собственности
 Заявка на изобретение - 1
В Федеральный институт промышленной собственности Российской Федерации,
на предполагаемое изобретение подана заявка №2012112246/28(018463) от
29.03.2012 г. «Способ определения вертикального распределения и размерной
структуры зоопланктона в водоеме». Разработанное техническое решение
обладает патентной чистотой на территории Российской Федерации на
27.05.2012 г.
Выполнение целевых индикаторов и
показателей Программы
Защита диссертаций
 29 мая 2012 года исполнитель работ по проекту Зыков Владимир
Владимирович защитил кандидатскую диссертацию «Сезонная динамика
фототрофных серных бактерий и их роль как палео-индикатора наличия
сероводорода в меромиктических озерах Хакасии» по специальности 03.02.10
(гидробиология)
Выполнение целевых индикаторов и
показателей Программы
Участие в работе конференций
 Международная конференция «Фактор солёности в
биологических науках» (27-29 февраля 2012 г., ЗИН
РАН, г. Санкт-Петербург)
 Учебный семинар “Physical Limnology”, г.
Хайдельберг (Heidelberg) (Германия)
Полученные за отчетный период главные результаты: в виде
объектов учета единого реестра результатов научно-технической
деятельности (РНТД)
 Метод (способ) результат превосходит мировой уровень
 Закономерность (зависимость) соответствует мировому уровню
Популяризация и публичное представление
результатов
23 июня 2012 года руководитель
проекта Егор Задереев на
ежегодном фестивале «Зеленый»
прочитал для жителей Красноярска
научно-популярную лекцию «Тайны
хакасских озер»
Страница проекта на сайте
Сибирского федерального университета
Адрес страницы: http://bio.sfu-kras.ru/meromictic
Создана страница проекта включающая:
 Основную информацию о проекте
 Список исполнителей проекта и их резюме
 Видеоматериалы, иллюстрирующие работу по проекту
 Аннотации и презентации результатов выполнения работ по этапам
 Полезные ссылки и материалы в сети