Продуцирование органического вещества наннофитопланктоном

Садчиков А.П.

Международного биотехнологического центра МГУ имени М.В.Ломоносова,

119991, Москва, Ленинские горы, дом 1, стр. 12.

E-mail: aquaecotox@yandex.ru.

// Материалы по флоре и фауне Республики Башкортостан. 2017. № 16. С.58-63.

Резюме

   В водохранилище наиболее активным компонентом фитопланктонного сообщества является фракция водорослей размером до 20 мкм. Она обладает высокой удельной продукцией, но за счет интенсивного выедания зоопланктоном ее биомасса поддерживается на относительно низком уровне (2-15% массы фитопланктона в течение летнего сезона).

  Ключевые слова: Фитопланктон, зоопланктон, выедание водорослей, наннопланктон.

  Зоопланктон в основном выедает небольшие по размеру водоросли (до 30-50 мкм). Эта размерная фракция испытывает на себе максимальное трофическое воздействие потребителей (Гиляров, 1987; Гутельмахер, 1986). Мелкие водоросли, обладая высокой скоростью роста, быстро восстанавливают свою численность. Однако, несмотря на это, их биомасса в водоемах чаще всего невелика. В планктоне доминируют в основном колониальные и крупные виды водорослей. Они слабо потребляются зоопланктоном, и это, по-видимому, является одной из причин их доминирования в планктоне водоемов (Гутельмахер, Садчиков, Филиппова, 1988). Исходя из этих предпосылок строилась наша работа по изучению продукционных процессов.

  Материал и методика исследований.

Продукцию размерных групп фитопланктона определяли радиоуглеродным методом: пробы водорослей после экспозиции in situ с NaH14CO3  и деления на фракции (до 20 мкм, 20-50 мкм и более 50 мкм) фильтрацией через сита соответствующего размера,  в дальнейшем фильтровали через мембранные фильтры (размер пор 1,5 мкм) и анализировали их радиоактивность на сцинтилляционном счетчике «Rackbeta 1217» (фирма LKB) (Садчиков, Френкель, 1990; Садчиков, Макаров, Максимов, 1995). Параллельно в водоемах определяли видовой состав и биомассу тех же размерных групп фитопланктона. Работу проводили на Можайском водохранилище.

  Результаты исследований. В Можайском водохранилище биомасса водорослей размером до 50 мкм в среднем за лето составляла около 40% от общей массы фитопланктона, а водорослей размером до 20 мкм – около 2%.      Несмотря на, казалось бы, низкие биомассы, мелкие размерные фракции водорослей способны продуцировать относительно большое количество органического вещества. Так, в озере Глубокое (Московская обл.) удельная продукция водорослей размером до 10 мкм превышала аналогичные показатели наннопланктона (размер 10-60 мкм) в 3 раза, а сетного фитопланктона (размером более 60 мкм) – в 13 раз. Ультрапланктон (до 10 мкм) в середине лета способен в озере удваивать свою численность в течение 1,5-3 суток, тогда как сетной фитопланктон – только за 15-30 суток (Садчиков, 1981).

  Такая же тенденция прослеживалась в Можайском водохранилище: на долю фракции размером до 20 мкм приходилось 20% продукции фитопланктонного сообщества. На долю сетного фитопланктона (размер более 50 мкм) приходилось около  60% продукции. Водоросли размером до 20 мкм обладали более высокой по сравнению с сетным фитопланктоном удельной продукцией: максимальные ее значения различались в 80-120 раз. Мелкие водоросли в середине лета удваивали свою численность в течение 2-3 суток.

  Преимущества мелких клеток водорослей обеспечиваются относительно  большой удельной поверхностью, что позволяет им лучше потреблять  биогенные элементы, РОВ и др. и, тем самым, иметь более высокие продукционные показатели по сравнению с сетным фитопланктоном (Кирикова, 1988; Федоров, 1987). Однако из-за выедания зоопланктоном их биомасса находится на относительно низком уровне. Крупные и колониальные водоросли продуцируют значительно слабее, чем наннопланктон, но они в меньшей степени потребляются в пищу зоопланктоном (Гиляров, 1987; Гутельмахер, 1986; Гутельмахер, Садчиков, Филиппова, 1988). Кроме того, они механически мешают фильтрации (забивают фильтрационный аппарат ракообразных).

Метаболиты некоторых синезеленых  водорослей могут также отрицательно влиять и на потребление корма зоопланктоном (Смирнов, 1975). А так как существует прямая зависимость между интенсивностью выедания водорослей и их продукцией (Arcifa, Northcote, Frochlich, 1986), то сетной фитопланктон за счет всего этого снижает оборачиваемость биогенных элементов в среде и, тем самым, косвенно влияет и на продукцию самих же водорослей. Поэтому продукционная и трофическая роль сетного фитопланктона значительно ниже, чем наннопланктона, несмотря на существенное различие их биомасс в водоеме.

В крупных водохранилищах и озерах, подверженных антропогенному воздействию, повышение трофности сопровождается увеличением биомассы фитопланктона, и в основном за счет развития крупных и колониальных водорослей. При этом доля наннопланктона (кормовых водорослей) резко снижается, что отрицательно сказывается на продукции зоопланктона (Михеева, 1974; Приймаченко, 1982).

  Зоопланктон в процессе жизнедеятельности экскретирует в среду метаболиты, в частности, соединения фосфора, азота, микроэлементы, что стимулирует развитие водорослей (Гутельмахер, 1986). Наши эксперименты показали, что метаболиты (фильтрат) Daphnia pulex увеличивают продукцию водорослей в среднем на 15-60%: у природного наннопланктона (размер до 50 мкм) из Можайского водохранилища она возрастала на 40-60%, у сетного фитопланктона (размер более 50 мкм) – на 15-20%, а у культуры C. vulgaris (в лабораторных экспериментах) – всего на 5-20%. Это, скорее всего, связано с тем, что хлореллу выращивали на искусственной среде, в которой биогенные элементы имелись в достаточном количестве. В природном  водоеме в слое фотосинтеза всегда наблюдается дефицит биогенов, и водоросли сразу же начинают реагировать на дополнительное их поступление извне, причем наннопланктон реагирует на это более интенсивно, чем сетной фитопланктон. Продукция наннопланктона при его экспонировании в составе фитопланктонного сообщества и отдельно от него различалась на 42-56%, а у сетного фитопланктона – только на 8-22% (экспонировали естественное сообщество фитопланктона и отдельно наннопланктон, после фильтрации пробы). Это указывает на то, что скорость продукционных процессов у крупных водорослей находится на относительно низком уровне. Изъятие наннопланктона и поступление биогенов с метаболитами зоопланктона не дает им большого преимущества в продуцировании органического вещества. Наннопланктон, в отличие от сетного фитопланктона, увеличивает свои продукционные показатели, причем он реагирует как на поступление биогенных элементов, так и на изъятие сетного фитопланктона.

   В водохранилище наиболее активным компонентом фитопланктонного сообщества является фракция водорослей размером до 20 мкм. Она обладает высокой удельной продукцией, но за счет интенсивного выедания зоопланктоном ее биомасса поддерживается на относительно низком уровне (2-15% массы фитопланктона в течение летнего сезона). Доминирующий по массе сетной фитопланктон (размер более 50 мкм) создает 20-60% продукции. Его удельная продукция значительно ниже, чем более мелкой фракции водорослей, а доминирование в водоеме во многом определяется слабым потреблением в пищу зоопланктоном.

Литература:

Гиляров А.М. Динамика численности пресноводных планктонных    ракообразных. – М., Наука, 1987, 191 с.

Гутельмахер Б.Л. Метаболизм планктона как единого целого:           трофометаболические взаимодействия зоо-и фитопланктона. –         Л., Наука, 1986, 155 с.

Гутельмахер Б.Л., Садчиков А.П., Филиппова Т.Г. Питание    зоопланктона //Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Сер. Общая          экология. Биоценология. Гидробиология. – 1988, т. 6, 156 с.

Кирикова М.В. Поглощение неорганического фосфора различными размерными группами микропланктона. – Экология моря (Киев), 1988, № 30, с. 50-54.

Михеева Т.М. Кормовой фитопланктон в озерах разного          лимнического типа // Итоги исследований по Международной         биологической программе в Белорусской ССР. – Минск, Наука        и Техника, 1974, с. 97.

Приймаченко А.Д. Фитопланктон и первичная продукция Днепра и             днепровский водохранилищ. – Киев, Наукова Думка, 1982, 278      с.

Садчиков А.П. Биомасса и продукция разных размерных групп         водорослей мезотрофного озера. – Биол. науки, 1981, № 10, с. 61-66.

Садчиков А.П., Френкель О.А. Прижизненное выделение        растворенного органического вещества фитопланктоном. –    Гидробиол. журн., 1990, т. 26, № 1, с. 84-87.

Садчиков А.П., Макаров А.А., Максимов В.Н.  Продукция размерных           групп фитопланктона в трех водоемах разной трофности. –          Гидробиол. журн., 1995, т. 31, № 6, с. 44-53.

Смирнов Н.Н. Биология ветвистоусых ракообразных // Итоги науки            и техники. ВИНИТИ. Сер. Зоология беспозвоночных. – 1975, т. 3, 117 с.

Федоров В.Д. Актуальное и неактуальное в гидробиологии. – Биол.             науки, 1987, № 8, с. 16-42.

Arcifa M.S., Northcote T.G., Frochlich O. Fishzooplankton interaction      and effects on water quality of a tropical Brazilian reservoir. –     Hydrobiologia, 1986, N 1, p. 127ф-133.