Пространственная неоднородность и динамика пигментных характеристик фитопланктона гипергалинного озера большое Яровое

Результаты

Пределы колебаний и усредненные по месяцам значения пигментных характеристик фитопланктона представлены в таблице 1. Содержание хлорофилла а (Хл а) в фитопланктоне оз. Б. Яровое в безледные периоды 2009-2011 гг. варьировало в широком диапазоне от 0,46 до 27,7 мг/м3 и в среднем составило 9,60±0,61 мг/м3 (п=170). Наиболее часто встречающиеся значения входили в диапазон, характерный для мезотрофных (44 %) и эвтрофных (36 %) водоемов (рис. 1).

Горизонтальное распределение содержания Хл а в приповерхностном слое воды вдоль по транссектам при одновременной съемке было однородным, коэффициенты вариации составили (%):

6 июля 2009 г. 29 июля 2009 г. 10 августа 2009 г. 2 ноября 2009 г. 19 мая 2010 г.

22,6 7,9 20,6 9,6 9,2

31 июля 2010 г. 19,2

21 октября 2010 г. 4,5

Вертикальная неоднородность концентрации Хл а в озере наиболее выражена в периоды температурной стратификации (рис. 2). Поздней весной и летом наблюдали максимум Хл а в гиполимнионе. Осенью при охлаждении эпилимниона до температуры придонного слоя максимум Хл а у дна почти не проявляется за счет значительного повышения обилия фитопланктона в верхних слоях воды. Придонный пик фитопланктона отмечали как при малой (2,1 м), так и при большой (до дна) толщине фотического слоя, т.е. при изменении прозрачности воды по белому диску от 0,7 до 4,8 м.

Развитие фитопланктона подвержено сезонным изменениям. Максимумы концентрации Хл а в эпилимнионе наблюдали в весенний (16,5 мг/м3) и осенний (24,4 мг/м3) периоды (рис. 3) В течение лета показатель в среднем находился на невысоком уровне - 3,6±0,6 мг/м3 при колебаниях среднедекадных значений от 0,6 до 9,0 мг/м3.

0 2 4 6 8 10

0 10 20 30 0

- т

10 20 30 -10 0 10 20 30 -10 0 10 20 30 0 10 20 30

V

/

I ♦

i

\

I

Л.

4 *

мг/м3,

д

\

Рис. 2. Вертикальное распределение содержания хлорофилла а фитопланктона (1) и температуры воды (2) в оз. Большое Яровое: а - 29 июля 2009 г., б - 2 ноября 2009 г., в - 19 мая 2010 г., г - 31 июля 2010 г., д - 21 октября 2010 г. Пунктирная линия - граница фотического слоя (глубина утроенной прозрачности).

мг/м3

2009 Ш 2010  2011

25 20 -15 -10 -5 -0 --

У-2 У1-2 М-3 УП-1 УП-2 УП-3 УШ-1 УШ-2 УШ-3 1Х-2 Х-3 Х1-1

месяц-декада

Рис. 3. Сезонная динамика содержания хлорофилла а в фитопланктоне оз. Большое Яровое в 2009-2011 гг.

Ля

И

II

1

4

май

июнь

июль

август  1 Ю2 ИЗ

сентябрь октябрь

86 ноябрь

Рис. 4. Сезонная динамика относительного содержания хлорофиллов в фитопланктоне оз. Большое Яровое по усредненным значениям 2009-2010 гг.: 1 - Хл а, 2 - Хл Ь, 3 - Хл с, %.

0

б

в

2

Относительное содержание Хл а в сумме зеленых пигментов было максимальным весной и осенью: 80 и 86 %, соответственно (рис. 4). Летом (июнь-август) показатель в среднем изменялся от 55 % в 2009 г. до 70 % в 2010 г. Доля Хл Ь составила в среднем 19,5±0,5 % при значительных колебаниях - от 6,5 до 51,8 %; максимум отмечен летом (в среднем за месяц до 25 %), минимум - осенью (в среднем за месяц до 18 %). Среднее содержание Хл с составило 11,1 ±0,9 % при вариации значений от 0,3 % (в приповерхностном слое воды 21.10.2010) до 86,3 % (в приповерхностном слое воды 06.07.2009). Различия в течение сезона и между годами были значительными. Наибольшие средние значения (19-20 %) зарегистрированы в летом, наименьшие - весной и осенью, причем осенью вклад Хл с был наиболее низким (в среднем за месяц до 2 %). В целом максимальное относительное содержание дополнительных хлорофиллов Ь+с (46 %) наблюдается в июне; далее происходит постепенное уменьшение их доли до 14 % в ноябре.

В период летней стратификации доля Хл а была минимальной в нижнем слое эпилимниона (5-6 м от поверхности) при значительном содержании Хл Ь (рис. 5). Отмечено снижение доли Хл с с глубиной в слое эпилимниона.

И Хл а ЕЗ Хл Ь Ш Хл с

0% 100%

Рис. 5. Вертикальное распределение доли хлорофиллов в фитопланктоне оз. Большое Яровое 31 июля 2011 г.

Относительное содержание безмагниевых продуктов распада хлорофилла - феопигментов в среднем было низким (20,2±1,5 %); максимальное значение достигало 95 %. Горизонтальное распределение по акватории озера было равномерным. Наиболее высокие количества феопигментов в столбе воды в период стратификации отмечены для придонных слоев; в период осенней гомотермии в ноябре - для верхних слоев (рис. 6). Кроме этого, наблюдали увеличение показателя в слое 1-2 м в мае и в нижнем слое эпилимниона в июле.

Горизонтальное распределение значений относительных пигментных показателей (ПИ и ПО), отражающих соотношение желтых (каротиноидов) и зеленых пигментов (хлорофиллов) достаточно однородно; средние значения в разные периоды также были близки (табл. 1). Минимум в столбе воды в период летней стратификации отмечали у нижней границы эпилимниона, максимум - у поверхности и в гиполимнионе. В период осенней гомо-термии, наоборот, минимум наблюдали в поверхностном слое воды (рис. 7).

Обсуждение

Равномерность горизонтального распределения содержания Хл а по акватории озера может свидетельствовать об однородности условий среды обитания фитопланктона. Изменение характеристик фитопланктона на разных глубинах может происходить под действием меняющейся освещенности, температуры, количества биогенных веществ, минерализации и пресса хищников. В фитопланктоне многих гипергалинных озер Алтайского края доминантный комплекс составляют зеленые хламидомонады из рода Dunaliella [7], в частности D. salina, которая характерна и для оз. Большое Яровое [8]. Благодаря своей таксичности и наличию жгутиков эта водоросль может изменять свое местопребывание в водоеме в зависимости от периода суток и метеорологических условий [9]. Наличие максимума содержания Хл а в придонных слоях озера, не привязанного к толщине фотического слоя, свидетельствует о второстепенности фактора освещенности, чему может способствовать значительная теневыносливость D. salina (более 30 дней). Температура воды также не является критической для развития фитопланктона, так как придонные максимумы часто отмечали при температуре ниже нуля. Это подтверждается данными о широких температурных границах вегетации зеленой водоросли D. salina, которая хорошо переносит замораживание и может давать массовое развитие в водоеме даже при температуре около нуля [9]. В июле 2010 г. концентрация растворенного кислорода как косвенный показатель интенсивности фотосинтетической деятельности водорослей была максимальна (7,7 мг/ дм3) на нижней границе эпилимниона (5,6 м); минимум (2,9 мг/ дм3) наблюдали в придонном горизонте (9,4 м). Тем не менее, у дна наблюдали низкие значения относительных пигментных характеристик (ПИ и ПО), что косвенно свидетельствует о преобладании процессов фотосинтеза над деструкцией [10]. Содержание минеральных форм азота и фосфора увеличивается с глубиной, но имеет значительные величины и в верхних слоях [6], то есть не может лимитировать развитие фитопланктона.

В оз. Большое Яровое, как и других гипергалинных озер Западной Сибири фауна представлена исключительно жаброногим ракообразным рода Artemia [11]. Фитопланктон артемиевых озер находится под сильным прессом этих мощных фильтраторов, количество которых в столбе воды имеет значительные различия.

3 0

3 0

12301230123

0 2 4 6 8 10

ф

О

Г

ф

\ ♦

\

1

о

ф

о

о

t t t

-г t

t

t

м

д

Рис. 7. Вертикальное распределение пигментного отношения

Рачки артемии обитают исключительно в слое выше термоклина, так как понижение температуры до 5 еС является для них критическим. Наиболее заселенными артемией в период летней стратификации 2010 г. были верхний (0-2 м) и нижний (5-6 м) слои эпилимниона (в среднем 43,0 и 39,5 экз./дм3, соответственно) [12]. Это соотносится с высоким содержанием феопигментов в этих слоях, индицирующим выедание водорослей. Максимум обилия фитопланктона в столбе воды при термостратификации приурочен к слоям мета- и гиполимниона, до которых часто не доходит свет, а температура бывает отрицательной. Наибольший градиент содержания Хл а между эпи- и гиполимнионом наблюдали в третьей декаде июля 2010 г., когда толща воды озера была полностью освещена. Это позволяет сделать вывод, что основным фактором, определяющим вертикальное распределение фитопланктона, является его выедание рачками артемии, которое отсутствует ниже границы термоклина. Артемия - неселективный и непрерывный фильтратор, но скорость фильтрации корма зависит от температуры воды и стадии развития рачков. При численности в 40 экз./дм3 артемия профильтровывает порядка 4 м3 рапы в сутки [13]. Суточный градиент температуры воды в гипер-галинных водоемах повышен по сравнению с пресными водами из-за пониженной удельной теплоемкости рапы. Наши данные по фитопланктону получены в утреннее и полуденное время, когда температура, вероятно, выше, чем ночью и выедание зоопланктоном происходит интенсивнее [14].

Кроме вегетативных клеток водорослей значительную долю в биомассе фитопланктона оз. Большое Яровое могут составлять покоящиеся клетки (цисты или зиготы) D. salina [8]. Цисты являются одной из форм приспособления к перенесению неблагоприятных условий. Зиготы образуются в результате полового процесса, например, при истощении питательной среды. У крупных форм водорослей они образуются у дна, имеют толстую оболочку и хлоропласты [9; 15]. Возможно, что придонный максимум Хл а отчасти обусловлен именно скоплением таких клеток. Так в июле 2009 г. в период летней температурной стратификации в фитопланктоне отмечено преобладание по численности и биомассе цист D. salina с максимумом в гиполимнионе [8].

Таким образом, неоднородность содержания фотосинтетических пигментов в толще воды соотносятся с особенностями распределения рачков зоопланктона. Показана стабильность количественных характеристик фитопланктона в гиполимнионе в течение вегетационного сезона, в то время как верхние слои подвержены сезонным изменениям. Подобное вертикальное распределение концентрации Хл а обнаружено в солоноватом меро-миктическом оз. Шира [16]. Скопление фитопланктона у границы термоклина характерно и для пресных водоемов [17].

Сезонная динамика фитопланктона в эпилимнионе связана с динамикой численности и интенсивности питания артемии. Оптимальной температурой для артемии считают диапазон 15-27 °С, при этом выявлена связь температуры воды и биомассы рачка (r=0,8) [4]. В весенний период до начала генерации артемии и в осенний период при отмирании рачков происходит увеличение численности фитопланктона. Этому способствует также высокое содержание биогенных веществ весной и осенью: аммонийного и нитратного азота - 7,7-69,3 и 8,8-15,4 мгМ/дм3, соответственно; фосфора фосфатов - 0,05-0,41 мгР/дм3 [6]. Начало развития ар-

темии приходится на первую декаду июня. Пики развития и интенсивности потребления корма у взрослых рачков оз. Большое Яровое отмечаются в середине июля (самый высокий) и в августе-сентябре (более низкий) [13]. Наименьшим количеством Хл а во все годы исследования (2009-2011) характеризовались именно летние месяцы.

Соотношение различных хлорофиллов в фитопланктоне соответствовало значениям известным для пресных водоемов [18]. Значительная доля Хл b в течении всего вегетационного сезона (11-39 %) объясняется доминированием в планктоне зеленых водорослей. Уменьшение доли дополнительных хлорофиллов, особенно Хл с, от июня к ноябрю свидетельствует о сезонной сукцессии состава сообщества, в частности о снижении роли диатомовых к осени.

Низкое содержание деградированных форм хлорофиллов фитопланктона (феопигментов) свидетельствует о преобладании живых, функционирующих клеток водорослей и о высокой функциональной активности сообщества. Наибольшее количество феопигментов как в сезонном, так и пространственном отношении характерно для периодов или слоев воды с наибольшей численностью рачков артемии, т.е. в летние месяцы; наименьшее -при отсутствии пресса хищников весной и осенью.

Соотношение желтых и зеленых пигментов рассматривают как характеристику физиологического состояния альгоценоза, его возраста, условий обитания и обеспеченности биогенным питанием, а также позволяет делать предварительные выводы о про-дукционно-деструкционном балансе экосистемы [1; 10; 19-21]. Используют два близких по смыслу показателя: пигментный индекс (ПИ) и пигментное отношение (ПО), выражающие соотношение оптических плотностей ацетонового экстракта в максимумах поглощения хлорофилла и каротиноидов. Значения ПИ отражают состояние пигментной системы водорослей и степень разнообразия планктонного альгоценоза. Среднее значение индекса в фитопланктоне оз. Большое Яровое (2,61±0,06) не превышало величин, свойственных активно делящимся культурам и природным популяциям фитопланктона. Чем выше значения ПИ, тем старее и разнообразнее планктонный альгоценоз; при снижении его величины таксономический состав упрощается и активизируется рост водорослей. Максимальные в течение вегетационного сезона значения индекса характерны для июля и августа, минимальные - весной и осенью. Среднее значение ПО (1,36±0,05) характеризует преобладание в планктоне оз. Большое Яровое жизнеспособных активных клеток, а также достаточную обеспеченность водорослей минеральным азотным питанием.

В целом обилие фитопланктона в оз. Большое Яровое, оцененное по средним и наиболее часто встречающимся значениям содержания хлорофилла а в безледный период, соответствует мезотрофно-эвтрофному уровню по трофической классификации водоемов, предложенной Организацией Экономического Сотрудничества и Развития (Organization for Economic Cooperation and Development) в Париже в 1982 г. [22]. Летом уровень развития фитопланктона может снижаться до олиготрофно-мезотрофного уровня, весной и осенью - повышаться до эвтрофного и гиперэв-трофного. В соответствии с «Комплексной экологической классификацией качества поверхностных вод суши» по эколого-сани-тарным (трофо-сапробиологическим) показателям [23], качество

0

1

2

1

2

1

2

б

а

в

г

воды оз. Б. Яровое по содержанию Хл а относится к классам МИ, разрядам от предельно чистой до слабо загрязненной, в зависимости от стадии сезонной сукцессии фитопланктона.

Выводы

1. Горизонтальное распределение пигментных характеристик фитопланктона по акватории озера однородно. Вертикальные различия пигментных характеристик наиболее выражены в период летней температурной стратификации водного столба и отсутствуют во время осенней гомотермии. Максимальное обилие фитопланктона при стратификации приурочено к слою ниже термоклина, минимальное - к эпилимниону. Особенности вертикальной неоднородности содержания хлорофилла а и относительных пигментных характеристик фитопланктона связаны с распределением численности фильтраторов - рачков артемии. Количество водорослей находится в обратной зависимости от численности артемии.

Библиографический список

2. Сезонная динамика пигментных характеристик фитопланктона хорошо выражена и тесно связана с динамикой развития зоопланктона в озере. Максимум обилия и функциональной активности сообщества наблюдается весной и осенью в периоды отсутствия артемии, минимум - летом в период интенсивного выедания.

3. Обилие фитопланктона в оз. Большое Яровое в целом соответствует мезотрофно-эвтрофному уровню. Относительные пигментные характеристики соответствуют активно функционирующему фитопланктону с большой долей живых клеток, не лимитированному минеральным азотным питанием. Качество воды по содержанию хлорофилла а относится к классам МИ, разрядам от предельно чистой до слабо загрязненной.

* Работа выполнена при финансовой поддержке Междисциплинарного интеграционного проекта СО РАН № 95, Программы президиума РАН - Проект 16.14. и Гранта РФФИ № 08-05-98019.

1. Бульон, В.В. Первичная продукция планктона внутренних водоемов. - Л., 1983.

2. Елизарова, В.А. Хлорофилл как показатель биомассы фитопланктона // Методические вопросы изучения первичной продукции планктона внутренних водоемов. - СПб., 1993.

3. Сигарева, Л.Е. Значимость пигментных характеристик фитопланктона при оценке качества воды / Л.Е. Сигарева, О.А. Ляшенко // Водные ресурсы. - 2004. - Т. 31. - № 4.

4. Соловов, В.П. Рачок артемия в озерах Западной Сибири: морфология, экология, перспективы хозяйственного использования / В.П. Соловов, Т.Л. Студеникина. - Новосибирск, 1990.

5. Леонова, Г.А. Эколого-геохимическая оценка соляных озер Алтайского края / Г.А. Леонова, А.А. Богуш, В.А. Бобров [и др.] // География и природные ресурсы. - 2007. - № 1.

6. Долматова, Л.А. Сезонная динамика гидрохимических характеристик оз. Большое Яровое // Мир науки, культуры, образования. -2010. - № 6.

7. Веснина, Л.В. Планктон соленых озер территории замкнутого стока (юг Западной Сибири) / Л.В. Веснина, Е.Ю. Митрофанова, Т.О. Лисицина // Сибирский экологический журнал. - 2002. - Т. 12. - № 2.

8. Бендер, Ю.А. Состав, структура и фотосинтетические пигменты фитопланктона оз. Большое Яровое (Алтайский край) / Ю.А. Бендер, Е.Ю. Митрофанова, Т.В. Кириллова, А.В. Котовщиков // Проблемы экологии: чтения памяти проф. М.М. Кожова: тез. докл. междунар. науч. конф. - Иркутск, 2010.

9. Масюк, Н.П. Морфология, систематика, экология, географическое распространение рода Dunaliella Teod. - Киев, 1973.

10. Одум, Ю. Основы экологии. - М., 1975.

11. Литвиненко, Л.И. Артемия в озерах Западной Сибири / Л.И. Литвиненко, А.И. Литвиненко, Е.Г. Бойко. - Новосибирск, 2009.

12. Бендер, Ю.А. Экологические особенности обитания артемии в оз. Большое Яровое (Алтайский край) // Естественнонаучные основы теории и методов защиты окружающей среды: тез. докл I Всерос. молод. науч. конф., - СПб., 2011.

13. Соловов, В.П. Жаброног артемия: история и перспективы использования ресурсов / В.П. Соловов, М.А. Подуровский, Т.Л. Ясюченя. -Барнаул, 2001.

14. Булатов, С.А. Особенности экологии артемии ультрагалинного залива Кара-Богаз-Гол и некоторые аспекты ее питания в естественных условиях // Биоразнообразие артемии в странах СНГ: сб. докладов. - Тюмень, 2004.

15. Водоросли. Справочник. - Киев, 1989.

16. Толомеев, А.П. Тонкое стратифицированное распределение Gammarus lacustris Sars (Crustacea: Amphipoda) в пелагиали меромикти-ческого озера Шира (Россия, Хакасия) / А.П. Толомеев, Е.С. Задереев, А.Г. Дегерменджи // Доклады академии наук. - 2006. - Т. 411.

- № 4.

17. Солнышкина, М.В. Вертикальное распределение фитопланктона в мезотрофном озере Большое // Ботан. иссл-я Сибири и Казахстана. - 1994. - № 2.

18. Минеева, Н.М. Растительные пигменты как показатель состояния экосистемы водохранилищ // Современная экологическая ситуация в Рыбинском и Горьковском водохранилищах. - Ярославль, 2000.

19. Margalef, R. Correlations entre certain caracteres synthetiques des populations de phytoplankton // Hydrobiologia, 1961. - Vol. 18.

20. Watson, R.A. An algal pigment ratio as an indicator of the nitrogen supply to phytoplankton in three Norfolk broads / R.A. Watson, P.L. Osborne // Freshwater Biol. - 1979. - Vol. 9. - № 6.

21. Foy, R.H. A comparison of chlorophyll a and carotenoid concentrations as indicators of algal volume // Freshwater Biol. - 1987. - Vol. 17. -№ 2.

22. OECD (Organization for Economic Cooperation and Development). - Paris, 1982.

23. Оксиюк, О.П. Комплексная экологическая классификация качества поверхностных вод суши / О.П. Оксиюк, В.Н. Жукинский, Л.П. Брагинский [и др.] // Гидробиол. журн. - 1993. - № 29 (4).

Bibliography

1. Buljon, V.V. Pervichnaya produkciya planktona vnutrennikh vodoemov. - L., 1983.

2. Elizarova, V.A. Khlorofill kak pokazatelj biomassih fitoplanktona // Metodicheskie voprosih izucheniya pervichnoyj produkcii planktona vnutrennikh vodoemov. - SPb., 1993.

3. Sigareva, L.E. Znachimostj pigmentnihkh kharakteristik fitoplanktona pri ocenke kachestva vodih / L.E. Sigareva, O.A. Lyashenko // Vodnihe resursih. - 2004. - T. 31. - № 4.

4. Solovov, V.P. Rachok artemiya v ozerakh Zapadnoyj Sibiri: morfologiya, ehkologiya, perspektivih khozyayjstvennogo ispoljzovaniya / V.P. Solovov, T.L. Studenikina. - Novosibirsk, 1990.

5. Leonova, G.A. Ehkologo-geokhimicheskaya ocenka solyanihkh ozer Altayjskogo kraya / G.A. Leonova, A.A. Bogush, V.A. Bobrov [i dr.] // Geo-grafiya i prirodnihe resursih. - 2007. - № 1.

6. Dolmatova, L.A. Sezonnaya dinamika gidrokhimicheskikh kharakteristik oz. Boljshoe Yarovoe // Mir nauki, kuljturih, obrazovaniya. - 2010. -№ 6.

7. Vesnina, L.V. Plankton solenihkh ozer territorii zamknutogo stoka (yug Zapadnoyj Sibiri) / L.V. Vesnina, E.Yu. Mitrofanova, T.O. Lisicina // Sibirskiyj ehkologicheskiyj zhurnal. - 2002. - T. 12. - № 2.

8. Bender, Yu.A. Sostav, struktura i fotosinteticheskie pigmentih fitoplanktona oz. Boljshoe Yarovoe (Altayjskiyj krayj) / Yu.A. Bender, E.Yu. Mitrofanova, T.V. Kirillova, A.V. Kotovthikov // Problemih ehkologii: chteniya pamyati prof. M.M. Kozhova: tez. dokl. me-zhdunar. nauch. konf.

- Irkutsk, 2010.

9. Masyuk, N.P. Morfologiya, sistematika, ehkologiya, geograficheskoe rasprostranenie roda Dunaliella Teod. - Kiev, 1973.

10. Odum, Yu. Osnovih ehkologii. - M., 1975.

11. Litvinenko, L.I. Artemiya v ozerakh Zapadnoyj Sibiri / L.I. Litvinenko, A.I. Litvinenko, E.G. Boyjko. - Novosibirsk, 2009.

12. Bender, Yu.A. Ehkologicheskie osobennosti obitaniya artemii v oz. Boljshoe Yarovoe (Altayjskiyj krayj) // Estestvennonauchnihe osnovih teorii i metodov zathitih okruzhayutheyj sredih: tez. dokl I Vseros. molod. nauch. konf., - SPb., 2011.

13. Solovov, V.P. Zhabronog artemiya: istoriya i perspektivih ispoljzovaniya resursov / V.P. Solovov, M.A. Podurovskiyj, T.L. Yasyuchenya. -Barnaul, 2001.

14. Bulatov, S.A. Osobennosti ehkologii artemii uljtragalinnogo zaliva Kara-Bogaz-Gol i nekotorihe aspektih ee pitaniya v estestvennihkh usloviyakh // Bioraznoobrazie artemii v stranakh SNG: sb. dokladov. - Tyumenj, 2004.

15. Vodorosli. Spravochnik. - Kiev, 1989.

16. Tolomeev, A.P. Tonkoe stratificirovannoe raspredelenie Gammarus lacustris Sars (Crustacea: Amphipoda) v pelagiali meromikticheskogo ozera Shira (Rossiya, Khakasiya) / A.P. Tolomeev, E.S. Zadereev, A.G. Degermendzhi // Dokladih akademii nauk. - 2006. - T. 411. - № 4.

17. Solnihshkina, M.V. Vertikaljnoe raspredelenie fitoplanktona v mezotrofnom ozere Boljshoe // Botan. issl-ya Sibiri i Kazakhstana. - 1994. - № 2.

18. Mineeva, N.M. Rastiteljnihe pigmentih kak pokazatelj sostoyaniya ehkosistemih vodokhranilith // Sovremennaya ehkologicheskaya situaciya v Rihbinskom i Gorjkovskom vodokhranilithakh. - Yaroslavlj, 2000.

19. Margalef, R. Correlations entre certain caracteres synthetiques des populations de phytoplankton // Hydrobiologia, 1961. - Vol. 18.

20. Watson, R.A. An algal pigment ratio as an indicator of the nitrogen supply to phytoplankton in three Norfolk broads / R.A. Watson, P.L. Osborne // Freshwater Biol. - 1979. - Vol. 9. - № 6.

21. Foy, R.H. A comparison of chlorophyll a and carotenoid concentrations as indicators of algal volume // Freshwater Biol. - 1987. - Vol. 17. - № 2.

22. OECD (Organization for Economic Cooperation and Development). - Paris, 1982.

23. Oksiyuk, O.P. Kompleksnaya ehkologicheskaya klassifikaciya kachestva poverkhnostnihkh vod sushi / O.P. Oksiyuk, V.N. Zhukinskiyj, L.P. Braginskiyj [i dr.] // Gidrobiol. zhurn. - 1993. - № 29 (4).

Статья поступила в редакцию 07.12.11

УДК 631.4

Meshkinova S.S. PHYSICAL-CHEMICAL PROPERTIES AND BUFFER ABILITY IN SOILS OF THE MID KATUN VALLEY.

Physical-chemical properties and buffer ability in soils of the Mid Katun Valley were investigated. It was found that the soils under study are characterized by alkalescent and alkaline reaction, high carbonate and light granulometric content. The buffer ability in soil are high.

Key words: soil, buffer ability, humus, carbonate, granulometric content.

С.С. Мешкинова, инженер, Институт водных и экологических проблем, г. Барнаул, E-mail: meshkinova@iwep.asu.ru

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И БУФЕРНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВ ДОЛИНЫ СРЕДНЕЙ КАТУНИ

Исследованы физико-химические свойства и буферная способность почв долины Средней Катуни. Выявлено, что исследуемые почвы характеризуются слабощелочной и щелочной реакцией среды, высоким содержанием карбонатов, легким гранулометрическим составом и обладают высокой буферной способностью гумусовых горизонтов. Ключевые слова: почва, буферная способность, гумус, карбонаты, гранулометрический состав.

Почву как систему соединений химических элементов характеризуют качественный состав, а также количество и соотношение соединений, в составе которых находятся химические элементы. В процессе эволюции почва приобретает свойства, определяющие ее устойчивость к тому или иному виду загрязнения.

Объектами исследования были почвы долины Средней Катуни. Наибольшее распространение имеют черноземы южные и обыкновенные. Также встречались темно-каштановые, горно-лесные черноземовидные почвы на элювиальных, делювиальных, аллювиально-делювиальных, аллювиальных отложениях, щебни-сто-песчаных, щебнисто-супесчаных, галечниково-песчаных и га-лечниково-супесчаных, а также хорошо сортированных песчаных отложениях [1-2].

Физико-химические и физические свойства почв (величина рН, содержание гумуса, ила, физической глины, карбонатов, емкость поглощения) определяли общепринятыми в почвоведении и агрохимии методами [3-4]. Почвенные разрезы закладывали в системе ландшафтно-геохимических катен, охватывая все геоморфологические элементы.

Физико-химические свойства почв долины Средней Катуни

Реакция среды. Только гумусово-аккумулятивные горизонты горно-лесных черноземовидных почв обладают почти нейтральной реакцией среды, с характерным увеличением этого показателя вниз по профилю за счет аккумуляции значительного количества карбонатов (табл. 1). В среднем рН для них составляет 7,9±0,1 с вариационными изменениями 6,4-9,2. Темно-каштановые почвы и черноземы обыкновенные и южные имеют щелочную реакцию среды по всему профилю. Показатель рН водной суспензии для этих почв варьирует в диапазоне: 7,2-8,6 (8,0±0,2); 6,4-9,2 (8,3±0,1); 7,1-9,1 (8,3±0,1), соответственно (табл. 2).

Емкость поглощения. В почвах всех типов эта величина резко снижается вниз по профилю, аналогично концентрации гумуса и тонкодисперсных фракций мелкозема, которые интегрально определяют поглотительную способность (табл. 1). В дерновых и гумусовых горизонтах горно-лесных черноземовидных почв емкость поглощения может достигать существенных величин - 83,2 мг-экв/100 г. Средние значения по типам и подтипам составляют

для горно-лесной черноземовидной - 35,2±6,0 (7,6-83,2) мг-экв/ 100 г; чернозема обыкновенного - 16,7±1,9 (2,3-52,8) мг-экв/100 г; чернозема южного - 16,9±2,2 (0,8-72,2); темно-каштанового -21,3±3,3 (7,8-29,9) мг-экв/100 г.

Карбонаты. Формирование почв на мощных карбонатных аккумулятивных корах выветривания является геохимической особенностью почв и почвообразования в долине Средней Кату-ни. Во всех типах почв наблюдается горизонт максимальной аккумуляции карбонатов, глубина залегания которого обусловливается положением почвы в рельефе и проявлением конкретных почвообразовательных процессов (табл. 1).

В рассмотренных почвенных разрезах наибольшее содержание карбонатов в горизонте их максимальной аккумуляции достигает 52,0 % и в среднем равно 14,7±0,9 % при коэффициенте вариации 65,9 % (табл. 2). Высокие концентрации карбонатов выявлены в черноземах южных и темно-каштановых почвах.

Наибольшее накопление карбонатов в исследуемых почвах свойственно горизонтам, где они встречаются в форме пропитки и корочек на нижней поверхности щебня, гальки, валунов. В меньшем количестве карбонаты накапливаются в горизонтах, где они находятся в псевдомицелярной форме. Органическое вещество. Для горно-лесных черноземовидных почв долины характерен довольно мощный гумусовый горизонт, в среднем составляющий 30-40 см, с содержанием гумуса до 17,1 %. В горизонте А среднее содержание гумуса составляет 9,9±1,6 % (табл. 2).

Относительно равномерное распределение гумуса в черноземах обыкновенных наблюдается в аккумулятивно-иллювиальных горизонтах (табл. 1). Содержание гумуса в них колеблется от 0,7 до 11,8 % при мощности горизонта А 20±8 см. Максимальные значения характерны для дерновых горизонтов. Немного ниже содержание гумуса в верхнем горизонте пахотных почв. В среднем концентрация гумуса составляет 5,1±0,3 % (табл. 2).

Черноземы южные характеризуются маломощным и средне-мощным гумусовым горизонтом. В большинстве разрезов содержание гумуса в иллювиальном горизонте резко снижается. Количество его в верхнем слое в среднем составляет 4,1±0,5 %, с варьированием от 0,2 до 17,1 % в дерновых горизонтах (табл. 2).