Биология моря, 2019, T. 45, № 5, стр. 299-308
Распределение хлорофилла а в донных отложениях залива Анива (Охотское море)
Т. Г. Коренева 1, *, Л. Е. Сигарева 2, **
1 Сахалинский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии (СахНИРО),
693023 Южно-Сахалинск, Россия
2 Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина (ИБВВ РАН)
152742 Борок, Россия
* E-mail: t.koreneva@sakhniro.ru
** E-mail: sigareva@ibiw.yaroslavl.ru
Поступила в редакцию 19.09.2018
После доработки 29.11.2018
Принята к публикации 29.11.2018
Аннотация
Приведены первые данные о содержании растительных пигментов в верхнем слое донных отложений зал. Анива (Охотское море), расположенного в районе умеренно-муссонного климата. Установлена положительная зависимость между концентрацией хлорофилла а в осадках и его суммарным содержанием в толще воды, отражающая доминирующую роль фитопланктона в формировании осадочного комплекса пигментов. Показано, что значительная изменчивость пространственного распределения пигментов в заливе обусловлена гидролого-гидрохимическими параметрами и свойствами донных отложений. Содержание в осадках хлорофилла а с феопигментами характеризовалось величиной олиготрофной категории и в среднем составляло 6.5 ± 0.7 мкг/г сухого осадка или 0.47 ± 0.06 мг/г органического вещества.
Закономерная связь между содержанием хлорофилла а в фитопланктоне и его продуктивностью позволяет использовать основной пигмент фотосинтетического аппарата микроводорослей в качестве маркера продуктивности морских и пресноводных экосистем (Кобленц-Мишке, Ведерников, 1977; Bianchi et al., 1997; Carstensen, Henriksen, 2009; Sigareva et al., 2013; Мордасова, 2014; Krajewska et al., 2017). Пигменты поступают в донные отложения (ДО) из водной толщи при седиментации взвешенных автохтонных и аллохтонных органических веществ (ОВ). Содержание сохранившихся в осадках пигментов связано c биотическими и абиотическими факторами, влияющими на величину первичной продукции, поэтому характеристики пигментов используются для оценки экологического состояния водоемов, многолетней динамики биомассы и состава фитопланктона (Bianchi et al., 2002; Morata, Renaud, 2008; Reuss et al., 2010; Sigareva, Timofeeva, 2011, 2014; Szymczak-Żyła et al., 2011).
Зал. Анива (Охотское море) – один из наиболее продуктивных районов южного Сахалина. Строительство в прибрежной зоне завода по сжижению природного газа и его запуск в 2009 г. создали риск негативного влияния на ценную рыбопромысловую акваторию. В условиях антропогенного воздействия актуально изучение динамики состояния компонентов экосистемы залива на базе доступных экспрессных показателей, к которым относятся характеристики пигментов. В зал. Анива большая часть исследований, посвященных растительным пигментам, выполнена на фитопланктоне (Гаврина и др., 2005; Пропп, Гаврина, 2005; Коренева, Латковская, 2013; Коренева и др., 2014). Осадочные пигменты, имеющие особое значение для характеристики продукционных свойств бентали, практически не изучены.
Цель настоящей работы – оценить содержание растительных пигментов в донных отложениях зал. Анива и выявить факторы, влияющие на их распределение. Для достижения поставленной цели необходимо исследовать пространственное распределение седиментированных растительных пигментов в связи с физико-химическими свойствами донных отложений (гранулометрический состав, влажность, содержание органического вещества) и характеристиками водных масс (глубина, температура, рН, растворенный кислород).
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Зал. Анива расположен в южной части о-ва Сахалин между мысами Крильон (45°54′ N, 142°05′ E) и Анива (46°01′ N, 142°25′ E). Его площадь составляет 5809 км2, объем вод – 306.2 км3 (Леонов, Пищальник, 2012), осевая протяженность – от 80 до 110 км, протяженность береговой линии – около 270 км. Средняя глубина залива составляет 63 м; наименьшие глубины (10–40 м) характерны для северной части залива, наибольшие (100–110 м) – для центральной (Лоция, 2003). Рельеф дна мало изменчив. Климат в районе залива умеренно-муссонный с активной циклонической деятельностью и с большим количеством осадков (около 800 мм в год). Залив участвует в водообмене между Японским и Охотским морями. В зависимости от распространения ветви течения Соя прозрачность воды в заливе может изменяться от 2 м в мае до 18 м в июле.
Материал собирали с борта научно-исследовательского судна “Дмитрий Песков” в рамках комплексных экспедиций 25–26 мая в 2005 г. и 29 октября – 1 ноября в 2013 г. на четырех стандартных океанографических разрезах (рис. 1, табл. 1), ориентированных в широтном направлении (Пищальник, Климов, 1991).
Таблица 1.
Характеристика станций (1–24) отбора проб донных отложений в зал. Анива
| Разрез | Станция | Глубина, м | Содержание растворенного кислорода у дна, % насыщения | Тип донных отложений | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2005 г. | 2013 г. | 2005 г. | 2013 г. | |||
| I | 1 | 16 | – | 98.6 | – | 2 |
| 2 | 41 | – | 97.7 | – | 2 | |
| 3 | 35 | – | 98.1 | – | 3 | |
| 4 | 40 | 84.4 | 98.3 | 2 | 1 | |
| 5 | 24 | 96.2 | 99.4 | 1 | 1 | |
| II | 6 | 16 | – | 98.2 | – | 2 |
| 7 | 48 | – | 96.7 | – | 2 | |
| 8 | 62 | – | 70.3 | – | 1 | |
| 9 | 71 | 80.7 | 73.4 | 3 | 1 | |
| 10 | 65 | – | 82.2 | – | 1 | |
| 11 | 33 | 93.3 | 97.1 | 2 | 2 | |
| III | 12 | 60 | 87.9 | 94.1 | 2 | 1 |
| 13 | 80 | – | – | – | – | |
| 14 | 84 | 84.1 | 65.9 | 3 | 1 | |
| 15 | 71 | – | 76.2 | – | 3 | |
| 16 | 56 | – | 97.7 | – | 4 | |
| 17 | 28 | 95.8 | 96.3 | 5 | 3 | |
| IV | 18 | 28 | 92.8 | 97.0 | 5 | 3 |
| 19 | 77 | – | 79.5 | – | 1 | |
| 20 | 87 | – | 76.5 | – | 2 | |
| 21 | 97 | 77.3 | 71.4 | 1 | 1 | |
| 22 | 101 | – | 61.1 | – | 2 | |
| 23 | 97 | 87.6 | – | 2 | – | |
| 24 | 72 | 87.9 | 80.5 | 3 | 2 | |
На каждой станции отбирали пробы морской воды на стандартных глубинах (0, 10, 20, 30, 50, 75 м, дно), используя батометрическую секцию Rosette; зондом ICTD № 1356 фирмы “FSI” измеряли температуру и соленость. Значение рН определяли с помощью портативного рН-метра-иономера МА130 фирмы “Mettler Toledo”; процент насыщения воды растворенным кислородом рассчитывали по таблицам Грина–Кэррита после измерения его концентрации методом Винклера (Объемная концентрация…, 2010).
Донные осадки отбирали дночерпателем типа Ван–Вина (материал – нержавеющая сталь, объем ковша 30 л, площадь захвата 0.2 м2). После удаления воды пробы верхнего 5-сантиметрового слоя отложений, усредненные методом квартования, упаковывали в полиэтиленовые пакеты и хранили не более месяца при температуре –20°С. Затем пробы размораживали, гомогенизировали в течение 1 мин и анализировали в двух повторностях. Навески помещали в пробирки с притертой пробкой, добавляли 10 мл 90% ацетона, тщательно перемешивали стеклянной палочкой и помещали в холодильник на сутки. Взвесь осаждали на центрифуге ОПН-ВУХЛ 4.2 при 8 тыс. об./мин в течение 15 мин. Для полноты экстракции проводили повторное извлечение пигментов, выдерживая осадок в течение 1 ч в свежей порции растворителя. Оптическую плотность ацетоновых экстрактов (до и после подкисления) измеряли на спектрофотометре UV-3600 фирмы “Shimadzu” на длинах волн 665 и 750 нм. Концентрации хлорофилла а (Хл + Ф) и феофитина а (Ф) в пробах вычисляли по формулам Лоренца (Lorenzen, 1967). Содержание пигментов рассчитывали в микрограммах на 1 г сухого осадка и в миллиграммах на 1 г органического вещества (Сигарева, 2012).
Влажность ДО оценивали по разнице между массами проб до и после их высушивания при температуре 105°С. Содержание ОВ определяли фотометрическим методом (ГОСТ 26213-91, 1991). Перед анализом грунт промывали дистиллированной водой, чтобы доля хлоридов не превышала 0.6%. Гранулометрический состав определяли ситовым и ареометрическим методами (ГОСТ 12536-2014, 2015). Тип ДО оценивали, учитывая размеры фракций: от 1 до >10 мм – галечник и гравий, от 1 до 0.1 мм – пески, от 0.1 до < 0.005 мм – алевриты и пелиты (ГОСТ 25100-2011, 2013).
Трофический статус бентали залива определяли по концентрации Хл + Ф в расчете на 1 г сухого осадка: <13 мкг/г – олиготрофный; 13–60 – мезотрофный; 60–120 – эвтрофный; >120 – гипертрофный (Möller, Scharf, 1986). Для статистического анализа и интерпретации данных применяли пакеты прикладных программ Excel, Statistica и формулы (Лакин, 1990; Ефимов, Ковалева, 2008; Statsoft, Inc., 2012).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Абиотические условия в периоды съемок весной 2005 г. и осенью 2013 г. различались, что послужило причиной неравномерного временного распределения растительных пигментов по дну зал. Анива. Весной 2005 г. в водной толще отмечены более высокие по сравнению с таковыми осенью 2013 г. значения солености и концентрации кислорода, а также пониженная до отрицательных значений температура (табл. 2). Содержание кислорода на поверхности и у дна на глубоководных станциях практически повсеместно не достигало насыщения (77–96%). Осенью наличие температурного скачка в слое 6–15 м обеспечило наибольшую продуктивность микроводорослей в подповерхностном горизонте (10 м). Это послужило причиной кислородной стратификации – повышения концентрации растворенного кислорода в поверхностном слое (101–126% насыщения) и ее уменьшения (61–81% насыщения) у дна на глубоководных станциях 20–24.
Таблица 2.
Абиотические условия в зал. Анива
| Показатель | 2005 г. | 2013 г. | ||
|---|---|---|---|---|
| у дна | в толще воды | у дна | в толще воды | |
| Температура, °С | $\frac{{ - 1.6{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 0.8}}{{ - 0.9 \pm 0.3}}$ | $\frac{{ - 1.0{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 4.3}}{{1.4 \pm 0.3}}$ | $\frac{{0.1{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 9.1}}{{4.9 \pm 0.8}}$ | $\frac{{0.1{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 9.6}}{{7.6 \pm 0.2}}$ |
| Соленость, ‰ | $\frac{{32.2{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 33.0}}{{32.7 \pm 0.1}}$ | $\frac{{30.6{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 32.7}}{{31.9 \pm 0.1}}$ | $\frac{{30.3{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 33.0}}{{31.5 \pm 0.2}}$ | $\frac{{30.2{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 32.9}}{{31.2 \pm 0.1}}$ |
| рН | $\frac{{{\text{7}}{\text{.46}}{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 7.93}}{{7.63 \pm 0.05}}$ | $\frac{{7.33{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 8.09}}{{7.82 \pm 0.03}}$ | $\frac{{7.63{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 8.14}}{{7.95 \pm 0.02}}$ | $\frac{{7.91{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 8.15}}{{8.08 \pm 0.01}}$ |
| Растворенный кислород, мг/дм3 | $\frac{{9.28{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 12.03}}{{10.35 \pm 0.25}}$ | $\frac{{9.96{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 12.47}}{{11.17 \pm 0.12}}$ | $\frac{{7.13{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 9.55}}{{9.05 \pm 0.16}}$ | $\frac{{8.90{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 12.37}}{{9.54 \pm 0.05}}$ |
| Растворенный кислород, % насыщения | $\frac{{77.3{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 96.2}}{{88.0 \pm 1.8}}$ | $\frac{{85.4{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 113.1}}{{97.6 \pm 1.3}}$ | $\frac{{61.1{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 99.4}}{{91.8 \pm 3.8}}$ | $\frac{{79.2{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 125.8}}{{97.8 \pm 0.6}}$ |
Структура грунтового комплекса – один из факторов, влияющих на распределение пигментов ДО. В зал. Анива тип грунта различался в разные годы и на разных станциях. По сравнению с осенью 2005 г., весной 2013 г. в глубоководной части водоема заметно увеличилась процентная доля тонких фракций, в мелководной северной прибрежной части тип грунта не изменился и был представлен преимущественно песчано-алевритовыми илами. Весной 2013 г. в южной открытой части (станции 21, 23, 24) и в восточном прибрежье зал. Анива (станции 11, 12) доминировали алевриты и пелиты с примесью песка, в центральной части (станции 9 и 14) и в западном прибрежье (станции 17 и 18) преобладали песок и гравий (табл. 1). Осадки в центральной (станции 8–10, 14, 15), южной глубоководной (станции 19–24) и восточной прибрежной (станции 11, 12) частях залива были представлены алевритами и пелитами с примесью песка, а в западной прибрежной части (станции 16–18) – галечником и гравием с илом.
Концентрации растительных пигментов распределялись в соответствии с количественными характеристиками донных отложений. Так, при росте процентного содержания тонкодисперсных частиц в структуре ДО наблюдалось увеличение естественной влажности осадка и концентрации ОВ (рис. 2а, б). Алевритовым и пелитовым илам с высокой для залива влажностью и с максимальным содержанием ОВ соответствовали повышенные концентрации Хл + Ф и Ф (рис. 2в); пескам и крупнообломочным грунтам с низкой влажностью и с минимальным содержанием ОВ – пониженные концентрации Хл + Ф и Ф. Феопигменты составляли основную долю (78–87%) общего содержания растительных пигментов (табл. 3). Осенью вклад Ф был выше, чем в весенний период, что соответствует представлениям о более интенсивной деградации пигментов по сравнению с их синтезом в конце вегетационного сезона. Анализ данных по критерию Стьюдента свидетельствовал о достоверном различии средних значений Хл + Ф и Ф в донных осадках залива весной 2005 г. и осенью 2013 г. (уровень значимости р < 0.01).
Рис. 2.
Содержание гранулометрических фракций (а), органического вещества и влажности (б), растительных пигментов (в) в донных отложениях зал. Анива на разных станциях. По оси абсцисс – номера станций; по оси ординат: а – содержание размерных фракций, % сухого осадка; б – влажность (слева – процент воды в сырой массе) и содержание органического вещества (справа – процент сухого осадка); в – концентрация пигментов, мкг/г сухого осадка. Условные обозначения: ОВ – органическое вещество, Хл – хлорофилл а, Ф – феофитин а.
Таблица 3.
Характеристика донных отложений в зал. Анива
| Показатель | 2005 г. | 2013 г. |
|---|---|---|
| Влажность, % | $\frac{{12.0{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 39.5}}{{20.0 \pm 2.9}}$ | $\frac{{7.0{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 51.5}}{{36.0 \pm 2.9}}$ |
| Размер частиц d >10–1 мм, % | $\frac{{0.0{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 85.4}}{{12.9 \pm 8.8}}$ | $\frac{{0.0{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 45.6}}{{2.3 \pm 2.1}}$ |
| Размер частиц d = 1–0.1 мм, % | $\frac{{0.0{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 78.1}}{{43.9 \pm 6.8}}$ | $\frac{{8.4{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 71.3}}{{36.8 \pm 4.4}}$ |
| Размер частиц d = 0.1–<0.005 мм, % | $\frac{{0.0{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 75.7}}{{43.2 \pm 7.5}}$ | $\frac{{28.5{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 91.7}}{{60.9 \pm 4.5}}$ |
| Содержание органического вещества, % | $\frac{{0.9{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 2.8}}{{1.4 \pm 0.2}}$ | $\frac{{0.2{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 2.7}}{{1.6 \pm 0.2}}$ |
| Хл + Ф, мкг/г сухого осадка | $\frac{{1.9{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 9.0}}{{4.7 \pm 0.7}}$ | $\frac{{4.4{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 19.5}}{{8.2 \pm 0.7}}$ |
| Хл + Ф, мг/г органического вещества | $\frac{{0.21{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 0.40}}{{0.32 \pm 0.02}}$ | $\frac{{0.32{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 2.2}}{{0.62 \pm 0.09}}$ |
| Ф, % от общего содержания пигментов | $\frac{{63.7{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 93.1}}{{77.6 \pm 3.0}}$ | $\frac{{59.9{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 100.0}}{{86.9 \pm 2.1}}$ |
Примечание. Здесь и в табл. 4, 5: Хл − хлорофилл а, Ф − феофитин а.
Концентрации Хл + Ф в ОВ донных отложений, как и содержание Хл + Ф в расчете на 1 г сухого осадка, в целом по заливу увеличивались при увеличении доли тонкодисперсных частиц в грунтах (рис. 3). В оба периода наблюдений содержание мелких гранулометрических фракций в составе ДО снижалось по направлению от северной прибрежной части (разрез I) к середине залива (разрезы II и III) и несколько увеличивалось в его южной открытой части (разрез IV) (рис. 4а, б). Изменчивость концентрации пигментов на разрезах в среднем совпадала с пространственной динамикой гранулометрического состава осадков (рис. 4в, г, д). Так, содержание Хл + Ф в ДО и в ОВ на станциях северного и южного разрезов было выше, чем на станциях центральных разрезов. Максимальное содержание хлорофилла зарегистрировано на станциях северного прибрежного разреза, что связано с повышенной продуктивностью фитопланктона в условиях эвтрофикации. Высокие концентрации пигментов в ДО на станциях южного разреза также обусловлены повышенной первичной продукцией, о чем свидетельствует содержание хлорофилла в толще воды (42–44 мг/м2). Фотосинтетическая активность фитопланктона зависит от его обеспеченности биогенными веществами вследствие интенсивного водообмена с открытой частью прол. Лаперуза, от влияния вод Охотского моря и апвеллинга. Взвешенные органические вещества, содержащие пигменты, накапливаются в толще воды и седиментируются в виде отложений в глубоководной части залива.
ОБСУЖДЕНИЕ
Изучение закономерностей распределения растительных пигментов в верхнем слое донных отложений зал. Анива в связи с биотическими и абиотическими факторами продуктивности показало, что содержание пигментов в ДО возрастало при увеличении глубины станции, влажности осадка и концентрации ОВ (табл. 4). Зависимость между содержанием осадочных пигментов и продукцией фитопланктона отражалась в положительной корреляции между концентрацией хлорофилла а в донных отложениях и в толще воды под 1 м2; некоторое уменьшение этой связи в 2013 г. было обусловлено снижением продуктивности микроводорослей осенью. Фитопланктонное происхождение ОВ подтверждалось наличием связи между содержанием ОВ и глубиной станции (r = 0.58 в 2005 г. и r = 0.67 в 2013 г. при р < 0.05). Корреляция между содержанием пигментов и свойствами ДО нарушена для станций 4, 5 и 18, располагавшихся в зоне влияния речных стоков, где небольшая глубина (24–40 м) и высокий процент насыщения придонных слоев кислородом (97–99%) способствовали быстрому разрушению хлорофилла, которое усиливалось на мелководье под действием солнечного света. Максимальное содержание ОВ (2.0–2.8%) и повышенная влажность осадков (39.5–51.1%) в этих районах связаны с активным развитием бентосных водорослей в условиях увеличения концентраций биогенных соединений. Последнее обусловлено воздействием на мелководный район залива природных (речной сток, нерест лососей) и антропогенных (инфраструктура крупного морского торгового порта “Корсаков”, строительство и запуск завода по производству сжиженного газа) факторов (Леонов, Пищальник, 2012; Коренева, Латковская, 2013).
Таблица 4.
Коэффициенты корреляции между концентрацией растительных осадочных пигментов, а также биотическими и абиотическими показателями воды и донных отложений в зал. Анива (р < 0.05)
| Показатель | Хл + Ф, мкг/г | Ф, мкг/г | ||
|---|---|---|---|---|
| 2005 г. | 2013 г. | 2005 г. | 2013 г. | |
| Глубина, м | +0.58 | +0.58 | +0.47 | +0.63 |
| Температура, °С | +0.40 | −0.48 | +0.40 | – |
| рН | – | −0.68 | – | −0.73 |
| Влажность, % | +0.95 | +0.63 | +0.98 | +0.76 |
| Содержание органического вещества, % | +0.97 | +0.68 | +0.99 | +0.80 |
| Хл + Ф, мг/г органического вещества | +0.57 | +0.68 | +0.45 | +0.49 |
| Хл + Ф в толще воды, мг/м2 | +0.58 | +0.50 | – | +0.62 |
Связь между содержанием пигментов и гидролого-гидрохимическими параметрами выражена слабее. Весной 2005 г. повышение температуры от –1.6 до 4.3°С сопровождалось увеличением содержания осадочных пигментов (табл. 5). Осенью 2013 г. повышение концентраций Хл + Ф и Ф отмечено при снижении рН с 8.15 до 7.63 при увеличении глубины станции.
Таблица 5.
Факторные нагрузки для изученных параметров воды и донных отложений зал. Анива (при р < 0.05)
| Показатель | 2005 г. | 2013 г. | ||
|---|---|---|---|---|
| фактор 1 | фактор 2 | фактор 1 | фактор 2 | |
| Глубина, м | −0.07 | 0.93 | 0.91 | 0.13 |
| Температура, °С | 0.29 | −0.88 | −0.71 | −0.31 |
| pH | −0.21 | −0.71 | −0.87 | −0.01 |
| Растворенный кислород, мг/дм3 | −0.46 | −0.77 | −0.64 | −0.50 |
| Сумма Хл + Ф в толще воды, мг/м2 | −0.17 | 0.62 | 0.20 | −0.45 |
| Влажность, % | 0.97 | −0.22 | 0.81 | −0.25 |
| Содержание органического вещества, % | 0.98 | −0.20 | 0.83 | −0.14 |
| Хл + Ф, мкг/г сухого осадка | 0.97 | −0.08 | 0.92 | −0.36 |
| Хл + Ф, мг/г органического вещества | 0.44 | 0.40 | −0.20 | 0.00 |
| Ф, мкг/г сухого осадка | 0.98 | −0.13 | 0.95 | −0.34 |
| Размер частиц d = > 10–1 мм, % | −0.43 | −0.68 | 0.31 | −0.46 |
| Размер частиц d = 1–0.1 мм, % | −0.09 | 0.63 | 0.78 | −0.65 |
| Размер частиц d = 0.1– <0.005 мм, % | 0.58 | 0.22 | 0.89 | 0.85 |
| Вклад фактора в суммарную дисперсию, % | 38 | 33 | 50 | 17 |
Факторный анализ выявил два наиболее значимых фактора, которые весной 2005 г. определяли 67–71% общей изменчивости изученных параметров (табл. 5). Первый фактор, вклад которого в суммарную дисперсию составил 38%, наиболее значимо определял изменчивость продукционных характеристик (содержание Хл + Ф и Ф) и физико-химических показателей ДО (влажность, содержание ОВ и тонких гранулометрических фракций). Интерпретация факторных нагрузок позволила идентифицировать этот фактор как биотический. Второй фактор (33% от суммарной дисперсии) положительно коррелировал с глубиной станции, но отрицательно – с температурой, рН и растворенным кислородом. Этот фактор, очевидно, гидролого-гидрохимический.
Осенью 2013 г. доминирующий фактор, на 50% определявший изменчивость большинства изученных показателей, был обусловлен особенностями водного режима. Апвеллинг и Восточно-Сахалинское течение, обогащающие поверхностные воды залива биогенными веществами в этот период (Шевченко, Частиков, 2004; Леонов, Пищальник, 2012), способствуют повышению продуктивности фитопланктона. Вклад второго фактора, оказавшего влияние на содержание илистых фракций, составил 17%. Так как процессы седиментогенеза для пелитов и алевритов различаются (пелиты являются материалом более дальнего разноса, чем алевриты), объединение в одну группу тонких илистых частиц обусловлено, очевидно, морфометрическими характеристиками залива (глубина) и свойственно зонам аккумуляции.
По среднему содержанию хлорофилла c дериватами в ДО (Möller, Scharf, 1986), которое составило 6.5 ± 0.7 мкг/г сухого осадка (0.47 ± 0.06 мг/г ОВ), зал. Анива можно считать олиготрофным водоемом. Аналогичное трофическое состояние этого залива было определено в летне-осенний период по содержанию хлорофилла а в планктоне (Коренева, Латковская, 2013) согласно классификации продуктивности пресноводных экосистем (Бульон, 1993). Вместе с тем на основе классификаций продуктивности вод Мирового океана по содержанию поверхностного хлорофилла (Ведерников, 1975; Antoine et al., 1996; Мордасова, 2014), зал. Анива на разных его участках попадает в градацию от эвтрофных до мезотрофных водоемов весной и от мезотрофных до олиготрофных – летом и осенью.
Вероятно, главными причинами низкого содержания Хл + Ф в донных отложениях зал. Анива являются специфика гидродинамического режима, который характеризуется интенсивной циклонической деятельностью, и структура грунтового комплекса. Именно они определяют условия распределения и трансформации пигментов. Особенности связи содержания пигментов с факторами среды отражают специфические черты морской экосистемы с глубинами от 16 до 101 м и с высокой прозрачностью воды (10–15 м), а также с относительно низкой температурой (от –1.6 до 9.6°С), характерной соленостью 30.2–33.0‰, величинами рН в диапазоне 7.33–8.15 и с содержанием растворенного кислорода 61–126% насыщения. Содержание Хл + Ф в донных отложениях зал. Анива Охотского моря (1.9–19.5 мкг/г) сходно с концентрацией осадочных растительных пигментов в Амурском заливе Японского моря (3.0–19.0 мкг/г) (Марьяш и др., 2010). Выявленные закономерности распределения пигментов в донных отложениях зал. Анива согласуются с таковыми в морских и пресноводных экосистемах (Ястребова, 1938; Горшкова, 1965; Чербаджи и др., 1980; Сигарева, 2012; Sigareva et al., 2013).
Таким образом, получены первые данные о содержании растительных пигментов в донных отложениях зал. Анива (Охотское море), расположенного в районе умеренно-муссонного климата. Концентрация осадочных растительных пигментов невысокая, что свидетельствует об олиготрофном состоянии бентали и о его сходстве с таковым пелагиали. Количество Хл + Ф варьирует в зависимости от типа донных отложений, их физико-химических характеристик и суммарного содержания хлорофилла в толще воды, это отражает превалирующее влияние продуктивности фитопланктона на формирование осадочного комплекса пигментов. Временная изменчивость содержания пигментов в донных отложениях залива определяется разными причинами: весной – гидролого-гидрохимическими характеристиками (глубина, температура, рН, растворенный кислород и др.) и свойствами донных отложений (структура грунтового комплекса, влажность, содержание ОВ); осенью – особенностями водного режима (апвеллинг, влияние водных масс Охотского моря), которые способствуют быстрому изменению абиотических условий, повышающих продуктивность фитопланктона.
Полученные для зал. Анива данные согласуются с результатами изучения распределения растительных пигментов в донных отложениях морских и пресноводных водоемов, отражая экологическую зональность и единые закономерности функционирования водных экосистем.
Список литературы
Бульон В.В. Первичная продукция и трофическая классификация водоемов // Методические вопросы изучения первичной продукции планктона внутренних водоемов. СПб.: Гидрометеоиздат. 1993. С. 147–157.
Ведерников В.И. Зависимость ассимиляционного числа и концентрации хлорофилла “а” от продуктивности вод в различных температурных областях Мирового океана // Океанология. 1975. Т. 15. № 4. С. 703–707.
Гаврина Л.Ю., Цхай Ж.Р., Шевченко Г.В. Сезонная изменчивость концентрации хлорофилла в проливе Лаперуза по спутниковым и судовым измерениям // Тр. СахНИРО. 2005. Т. 7. С. 156–178.
Горшкова Т.И. Хлорофилл и каротиноиды в осадках Балтийского моря и Рижского залива // Тр. ВНИРО. 1965. Т. 57. С. 313–328.
ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества. М.: Изд-во стандартов. 1991. 7 с.
ГОСТ 25100-2011. Грунты. Классификация. М.: Стандартинформ. 2013. 46 с.
ГОСТ 12536-2014. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава. М.: Стандартинформ. 2015. 19 с.
Ефимов В.М., Ковалева В.Ю. Многомерный анализ биологических данных: Учеб. пособие, 2-е изд., испр. и доп. СПб.: ВИЗР РАСХН. 2008. 87 с.
Кобленц-Мишке О.И., Ведерников В.И. Первичная продукция // Океанология. Биология океана. Т. 2: Биологическая продуктивность океана. М.: Наука. 1977. С. 183–209.
Коренева Т.Г., Латковская Е.М. Характеристика изменчивости вод залива Анива по содержанию пигментов фитопланктона // Вода: химия и экология. 2013. № 10. С. 68–78.
Коренева Т.Г., Латковская Е.М., Частиков В.Н. Сезонная динамика гидролого-гидрохимических характеристик и концентрации хлорофилла а в зал. Анива в 2003 г. // Вода: химия и экология. 2014. № 4. С. 33–45.
Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа. 1990. 352 с.
Леонов А.В., Пищальник В.М. Моделирование природных процессов в водной среде. Теоретические основы. Южно-Сахалинск: Изд. СахГУ. 2012. 228 с.
Лоция Татарского пролива, Амурского лимана и пролива Лаперуза. СПб.: ГУНиОМО РФ. 2003. 435 с.
Марьяш А.А., Ходоренко Н.Д., Звалинский В.И., Тищенко П.Я. Хлорофилл, гуминовые вещества и органический углерод в эстуарии реки Раздольная в период ледостава // Вестн. ДВО РАН. 2010. № 6. С. 44–51.
Мордасова Н.В. Косвенная оценка продуктивности вод по содержанию хлорофилла // Тр. ВНИРО. 2014. Т. 152. С. 41–56.
Объемная концентрация растворенного кислорода в морских водах. Методика измерений йодометрическим методом: РД 52.10.736-2010. М.: ФГУ ГОИН. 2010. 27 с.
Пищальник В.М., Климов С.М. Каталог глубоководных наблюдений, выполненных в шельфовой зоне острова Сахалин в период 1948–1987 гг. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН. 1991. 166 с.
Пропп Л.Н., Гаврина Л.Ю. Сезонные вариации соединений биогенных элементов и продукционных характеристик в водах залива Анива по результатам экспедиционных исследований 2001–2002 гг. // Тр. СахНИРО. 2005. Т. 7. С. 111–155.
Сигарева Л.Е. Хлорофилл в донных отложениях волжских водохранилищ. М.: Товарищество науч. изд. КМК. 2012. 217 с.
Чербаджи И.И., Пропп М.В., Рябушко В.И., Погребов В.Б. Фотосинтез и дыхание донных сообществ на твердых грунтах залива Восток (Японское море) // Биол. моря. 1980. Т. 4. С. 46–53.
Шевченко Г.В., Частиков В.Н. Динамические процессы в заливе Анива (о. Сахалин) по результатам инструментальных измерений осенью 2000 г. // Метеорология и гидрология. 2004. № 5. С. 55–75.
Ястребова Л.А. Хлорофилл в морских осадках // Тр. ВНИРО. 1938. Т. 5. С. 189–221.
Antoine D., André J.-M., Morel A. Oceanic primary production: 2. Estimation at global scale from satellite (Coastal Zone Color Scanner) chlorophyll // Global Biogeochem. Cycles. 1996. V. 10. № 1. P. 57–69.
Bianchi T.S., Rolff C., Lambert C.D. Sources and composition of particulate organic carbon in the Baltic Sea: the use of plant pigments and lignin-phenols as biomarkers // Mar. Ecol. Prog. Ser. 1997. V. 156. P. 25–31.
Bianchi T.S., Rolff C., Widbom B., Elmgren R. Phytoplankton pigments in Baltic Sea seston and sediments: seasonal variability, fluxes, and transformations // Estuar. Coast. Shelf Sci. 2002. V. 55. № 2. P. 369–383.
Carstensen J., Henriksen P. Phytoplankton biomass response to nitrogen inputs: a method for WFD boundary setting applied to Danish coastal waters // Hydrobiologia. 2009. V. 633. P. 137–149.
Krajewska M., Szymczak-Żyła M., Kowalewska G. Algal pigments in Hornsund (Svalbard) sediments as biomarkers of Arctic productivity and environmental conditions // Pol. Polar Res. 2017. V. 38. № 4. P. 423–443.
Lorenzen B.A. Determination of chlorophyll and pheopigments: Spectrophotometric equations // Limnol. Oceanogr. 1967. V. 12. № 2. P. 343–346.
Möller W.A.A., Scharf B.W. The content of chlorophyll in the sediment of the volcahic maar lakes in the Eifel region (Germany) as an indicator for eutrophication // Hydrobiologia. 1986. V. 143. P. 327–329.
Morata N., Renaud P.E. Sedimentary pigments in the western Barents Sea: A reflection of pelagic-benthic coupling? // Deep Sea Res. Part II. 2008. V. 55. № 20–21. P. 2381–2389.
Reuss N., Leavitt P.R., Hall R.I. et al. Development and application of sedimentary pigments for assessing effects of climatic and environmental changes on subarctic lakes in northern Sweden // J. Paleolimnol. 2010. V. 43. P. 149–169.
Sigareva L.E., Timofeeva N.A. Sedimentary chlorophyll and pheopigments for monitoring of reservoir characterized by exclusively high dynamism of abiotic conditions // Chlorophyll: structure, production and medicinal uses. N.Y.: Nova Science Publishers. 2011. Ch. V. P. 151–176.
Sigareva L.E., Timofeeva N.A. The phytoplankton role in formation of bottom sediment productivity in a large reservoir in the years with different temperature conditions // Phytoplankton: biology, classification and environmental impacts. N.Y.: Nova Science Publishers. 2014. Ch. VI. P. 161–175.
Sigareva L.E., Zakonnov V.V., Timofeeva N.A., Kasyanova V.V. Sediment pigments and silting rate as indicators of the trophic condition of the Rybinsk reservoir // Water Res. 2013. V. 40. № 1. P. 54–60.
StatSoft, Inc. Электронный учебник по статистике. М.: StatSoft. 2012. http://www.statsoft.ru/home/textbook/default.htm – Загл. с экрана. Дата обращения: 03.08.2018.
Szymczak-Żyła M., Kowalewska G., Louda J.W. Chlorophyll-a and derivatives in recent sediments as indicators of productivity and depositional conditions // Mar. Chem. 2011. V. 125. P. 39–48.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Пн.-пт.: 10.00-19.00