Содержание хлорофилла и биогенных элементов в прибрежной воде озера байкал

Важная роль в разложении органического вещества на первых этапах деструкции в водоеме принадлежит гидролитикам. Они осуществляют гидролиз нерастворимого органического вещества, переводя его в растворимое. Среди исследуемых групп бактерий-деструкторов наиболее многочисленными были амилолитические бактерии. Их численность в водной толще и донных осадках составляла

- от 10 тыс. кл/мл до 100 млн кл/мл^В результате поставленного эксперимента в градиенте рН, показано, что исследованные физиологические группы бактерий способны развиваться в широком диапазоне рН. Оптимальными значениями pH для протеолитических и амилолитических культур были pH 8-9. Накопительные культуры целлюлолитиков росли в более широком интервале значений pH от 7 до 10.

Литература

1. Солоноватые и соленые озера Забайкалья: гидрохимия, биология / Б.Б. Намсараев и др. - Улан-Удэ: Изд-во Бурят. гос. ун-та, 2009. - 340 с.

2. Справочник биохимика: пер. с анг. / Р. Досон, Д. Элиот, У. Элиот, К. Джонс - М.: Мир, 1991. - 544 с.

Абидуева Елена Юрьевна, доктор биологических наук, старший научный сотрудник, лаборатория микробиологии, Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6.

Чжао Жи, профессор, доктор философии, декан Колледжа окружающей среды и ресурсов, Университет Внутренней Монголии, 010021, Хух-Хото, ул. Западный университет, 235.

Суворова Валентина Андреевна, магистрант, Бурятский государственный университет, 670000, Улан-Удэ, ул. Смолина, 24а.

Самбуева Туяна Бадмаевна, магистрант, Бурятский государственный университет, 670000, Улан-Удэ, ул. Смолина, 24а.

Abidueva Еlеna Yurievna, doctor of biological sciences, senior researcher, Laboratory of Microbiology, Institute of General and Experimental Biology SB RAS, 670047, Ulan-Ude, Sakhyanova Str., 6.

Chzhao Zhi, professor, doctor of philosophy, Dean of College of Environment and Resources, Inner Mongolia University, 010021, Huhhot, West University Str., 235.

Suvorova Valentina Andreevna, graduate student, Buryat State University, 670000, Ulan-Ude, Smolin Str., 24a.

Sambueva Tuyana Badmaevna, graduate student, Buryat State University, 670000, Ulan-Ude, Smolin Str., 24a.

УДК 574.52 © С.В. Зайцева, О.П. Дагурова

СОДЕРЖАНИЕ ХЛОРОФИЛЛА И БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПРИБРЕЖНОЙ ВОДЕ ОЗЕРА БАЙКАЛ

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №12-04-98081-р_сибирь_а

Выявлены некоторые закономерности в изменении гидрохимических и микробиологических показателей в мелководных участках оз. Байкал в зонах рекреационно-хозяйственного использования. Содержание минеральных форм фосфора и азота в пробах воды незначительное (до 1,53 мг N/л и 0,36 мг Р/л). Содержание хлорофилла в воде исследуемых участков изменялось в пределах от 0,004 до 1,166 мкг/л. В местах отбора, где были зафиксированы низкие концентрации минеральных форм азота и фосфора, необходимых для образования биомассы, обнаружено относительно высокое содержание хлорофилла а, что свидетельствует об активности микробного сообщества в данных точках.

Ключевые слова: хлорофилл, фосфор, азот, Байкал

S.V. Zaitseva, O.P. Dagurova CHLOROPHYLL AND NUTRIENTS CONTENT IN THE COASTAL WATERS OF LAKE BAIKAL

The investigation revealed some regularity in the change of hydrochemical and microbiological parameters in shallow waters of Lake Baikal in the areas of recreation and commercial use. The content of mineral forms of nitrogen and phosphorus in water samples was insignificant (up to 1.53 mg N/L-1 and 0.36 mg P/L1). The content of chlorophyll in the researched water sites varied from 0.004 to 1.166 mg/L'1. In the areas of selection, where low concentrations of mineral nitrogen and phosphorus, essential for the formation of biomass, were recorded, a relatively high content of chlorophyll a was found, which indicates activity of the microbial community in this ecosystem.

Keywords: chlorophyll, phosphorus, nitrogen, Lake Baikal.

Содержание хлорофилла «а» в планктоне является достаточно информативным показателем и, при нерегулярных наблюдениях точнее отражает состояние экосистемы озера, чем скорость фотосинтеза, легко реагирующая на изменения погодных условий [1]. Статистически значимые оценки связей концентраций биогенных элементов с хлорофиллом а как показателем развития фитопланктона, биомассой и продуктивностью озер были получены для различных регионов [2, 3]. Зависимость развития фитопланктона от фосфора и азота была установлена простыми сопоставлениями их концентраций в озерах [4, 5].

Цель данного исследования - отразить степень влияния концентраций фосфора и азота на содержание хлорофилла а в воде мелководных участков оз. Байкал в зонах рекреационно-хозяйственного использования.

Объекты и методы исследования

Были отобраны пробы прибрежной воды восточного побережья оз. Байкал в июле 2012 г. в местах туристско-рекреационного пользования. Пробы отбирались у п. Горячинск - около уреза воды и вглубь по трансекте - 200, 500 и 800 м от берега (глубины 3 м, 4,5 м и 10 м), а также около уреза воды в п. Турка и бухте Безымянной. В местах отбора проб температуру воды измеряли с помощью сенсорного электротермометра Prima (Португалия). Показатель pH среды определяли потенциометриче-ски при помощи полевого рН-метра pHep (Португалия). Показатель Еh - измерителем редокс-потенциала ORP (Португалия). Значение общей минерализации определяли портативным тестер-кондуктометром TDS-4 (Сингапур). Концентрацию гидрокарбонатов анализировали титриметриче-ским методом, кислорода - с помощью оксиметра Oxi 315i (Германия). Содержание сульфатов, сульфитов, общей щелочности, общего фосфора и азота, нитратов, нитритов и фосфатов определяли с помощью фотометра MultiDirect (Lovibond, Германия). Пробы воды были отобраны в пластиковые стерильные флаконы, затем воду фильтровали с помощью фильтровальной установки на нитроцел-люлозные фильтры (диаметр пор 0,22 нм, Владисарт). Содержание хлорофилла а определяли на сканирующем однолучевом спектрофотометре «Shimadzu UV mini» (Япония), расчет проводили по стандартным формулам [6].

Результаты и обсуждение

Температура воды при отборе составляла 15,5-20,2 оС, значения общей минерализации не превышали 99,1 мг/л, значения рН 8,3. Окислительно-восстановительный потенциал был характерен для окисленных условий среды - до +258. Значения сухого остатка, характеризующие общее содержание органических и минеральных соединений, составляли 155-221 мг/л. По этому показателю прибрежную воду оз. Байкал можно охарактеризовать как «отличную» (по СанПиН 2.1.4.1074-01 на питьевую воду - не более 1000 мг/л). Содержание гидрокарбоната не превышало 85,4 мг/л. Содержание сульфатов было незначительно - до 11 мг/л, как и биогенных элементов: азота - до 1,5 мг/л и фосфора -до 0,36 мг/л. Показатель соотношения азота к фосфору (N:P) свидетельствует о возможности лимитирования системы прибрежных вод обоими этими элементами и определяет исследуемые экотопы как систему с быстрой сменой условий лимитирования (табл.).

Таблица

Показатели прибрежной воды оз. Байкал в туристско-рекреационной зоне

Станция Глубина, м Т, оС НСО3-, мг/л SÜ42- мг/л SÜ3-, мг/л Общая численность микроорганизмов, 106 кл/мл N:P Хлорофилл а, мкг/л

Гор1 0,2 20,2 85,4 4,5 0,7 2,88 13,5 0,119

Гор2 поверхностная 3,2 16,9 73,2 5 0,1 1,51 7,5 0,004

Гор2 придонная 3,2 - 73,2 11 0,1 0,061 2,2 0,083

Гор3 поверхностная 4,5 16,4 61,0 5 0,1 0,097 17,0 0,023

Гор3 придонная 4,5 - 73,2 5 0,1 0,35 37,3 0,32

Гор4 поверхностная 10 16,2 73,2 5 0,1 0,039 11,5 1,166

Гор4 придонная 10 73,2 5 0,4 0,51 25,4 0,37

Безымянка 0,2 15,5 61,0 5 0,1 0,094 18,3 0,128

Турка 0,2 16,7 61,0 11 0,1 1,45 18,9 0,138

Содержание хлорофилла а варьировало в пределах 0,004-1,166 мкг/л, что сопоставимо с результатами, полученными другими исследователями для пелагиали Байкала и ряда озер европейской части России [1, 7].

В придонных участках обнаружены значимые корреляции между концентрацией хлорофилла а и содержанием биогенных элементов N (г=0,9) и Р (г=-0,9). В поверхностных слоях воды подобной зависимости выявлено не было, но положительная корреляция наблюдалась между общей численностью микроорганизмов и концентрацией фосфора (г=0,65). В местах отбора, где были зафиксированы более низкие концентрации минеральных форм азота, необходимые для образования биомассы, обнаружено относительно высокое содержание хлорофилла а, что свидетельствует об активности микробного сообщества в данных точках (рис. 1).

Рис. Гидробиологическая характеристика зоны мелководья оз. Байкал

Chla, мкг/л

Подобная закономерность выявлена для придонных участков Гор2, Гор3 и Гор4, поверхностной воды станций Безымянка и Гор4. Содержание фосфора и хлорофилла а в придонной воде станций Гор3 и Гор4 также подчинялась подобному распределению, но в воде Безмянки, Турки и придонной Гор2 содержание фосфора положительно корреллировало с продукционной активностью сообщества. В придонных участках Гор3 и Гор4 при повторных определениях обнаруживалось практически полное исчезновение фосфора в пробах, что, при относительно большом содержании хлорофилла а в этих точках, может свидетельствовать о недостатке элемента в питании первичных продуцентов.

Полученные результаты подтверждают лимитирование продукционных процессов в прибрежных водах исследуемых участков, как фосфором, так и азотом, с возможной частой сменой условий.

Литература

1. Даценко Ю.С. Эвтрофирование водохранилищ. Гидролого-гидрохимические аспекты. - М.: ГЕОС, 2007.

- 252 с.

2. Мусатов А.П. Оценка параметров экосистем внутренних водоемов. - М.: Научный мир, 2001. - 192 с.

3. Ризниченко Г.Ю. Математические модели в биофизике и экологии. - М. - Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. - 184 с.

4. Трифонова И.С., Воронцова Н.К., Макарцева Е.С. и др. Влияние климатических изменений и эвтрофиро-вания на динамику планктонных популяций мезотрофного озера. - СПб.: НИИ химии СПбГУ, 2003. - 125 с.

5. Lean D.R.S., Pick F.R. Photosynthetic response of lake plankton to nutrient enrichment: A test for nutrient limitation // Limnol. Oceanogr. - 1981. - V. 26. - №6. - Р. 1001-1019.

6. Намсараев З.Б. Использование коэффициентов поглощения для расчета концентрации хлорофиллов и бактериохлорофиллов // Микробиология. - 2009. - Т.78. - № 6. - С. 836-839.

7. Sorokovikova L.M., Popovskaya G.I., Belykh Ü.I. and oth. Plankton composition and water chemistry in the mixing zone of the Selenga River with Lake Baikal // Hydrobiologia. - 2012. - V. 695. - Р. 329-341.

Зайцева Светлана Викторовна, кандидат биологических наук, научный сотрудник, лаборатория микробиологии, Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, e-mail:svet_zait@mail.ru

Дагурова Ольга Павловна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, лаборатория микробиологии, Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, e-mail:dagur-ol @mail.ru

Zaitseva Svetlana Victorovna, candidate of biological sciences, researcher, Laboratory of Microbiology, Institute of General and Experimental Biology SB RAS, 670047, Ulan-Ude, Sakhyanova Str., 6, e-mail:svet_zait@mail.ru

Dagurova Olga Pavlovna, candidate of biological sciences, senior researcher, Laboratory of Microbiology, Institute of General and Experimental Biology SB RAS, 670047, Ulan-Ude, Sakhyanova Str., 6, e-mail:dagur-ol @mail.ru

УДК 574.52 © О.П. Дагурова, В.П. Гаранкина, В.Б. Дамбаев, Б.Б. Намсараев

БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАЗОВАНИЯ МЕТАНА И СЕРОВОДОРОДА В ПРИБРЕЖНЫХ ОСАДКАХ ОЗЕРА БАЙКАЛ

Работа поддержана Программой Президиума РАН, проект 23.8; грантом РФФИ №12-04-98081- р_сибирь_а

В прибрежных осадках оз. Байкал определена интенсивность терминальных процессов анаэробной деструкции органического вещества. Интенсивность сульфатредукции варьировала от 0,019 до 0,588 мкг S дм'3 сут.'1, метанобразования - от 0,164 до 10,66 мкг С дм'3 сут.'1. Выявлено доминирование процесса метанобразо-вания, что характерно и для глубоководных илов озера Байкал. Средние значения процессов в осадках мелководных заливов были выше, чем в прибрежных осадках открытых участков Байкала.

Ключевые слова: метанобразование, сульфатредукция, прибрежные осадки, мелководные заливы, оз. Байкал.

O.P. Dagurova, V.P. Garankina, V.B.Dambaev, B.B. Namsaraev BIOGEOCHEMICAL PROCESSES OF FORMATION OF METHANE AND HYDROGEN SULFIDE IN COASTAL SEDIMENTS OF LAKE BAIKAL

The rates of terminal processes of anaerobic organic matter destruction in coastal sediments of Lake Baikal were measured. The rate of sulfate reduction varied from 0,019 to 0,588 fig S dm'3 day'1. Methane formation occurred at a rate of 0,164'10,66 ig С dm'3 day'1. The dominance of methane formation was revealed that is also characteristic for deep sediments of Lake Baikal. The average rates ofprocesses in shallow bays were higher than in coastal sediments of the Baikal exposed areas.

Keywords: methane formation, sulfate reduction, coastal sediments, shallow bays, Lake Baikal.

Деструкция органического вещества в осадках водоемов завершается бактериальными процессами метанобразования и сульфатредукции; по количеству органического вещества, использованного в этих процессах, можно оценить масштабы микробной деятельности в анаэробных зонах. При наличии сульфатов распад органического вещества идет в основном при участии сульфатредуцирующих бактерий до H2S и углекислоты, а при недостатке SO42- - с участием метанобразующих бактерий с образованием СН4 и углекислоты [1]. В донных отложениях пресноводных экосистем метаногенез является доминирующим процессом [1-4].

Для Байкала также характерно превалирование процесса метанобразования над сульфатредукцией, что связано с низкими концентрациями сульфатов. В местах поступления антропогенного загрязнения обнаружена интенсификация процесса сульфатредукции, что может предположить использование увеличения численности и активности сульфатредукторов как индикатора экологического неблагополучия отдельных районов Байкала [5]. В районах разгрузки газов и выходов нефти оз. Байкал обнаружена высокая численность и активность метанобразующих бактерий [6, 7]. В прибрежных песчаных осадках оз. Байкал, в т. ч. и в осадках мелководных заливов, скорости процессов метаноб-разования и сульфатредукции до настоящего времени не были изучены.

Цель исследования - оценить процессы образования метана и сероводорода в прибрежной зоне

оз. Байкал.