Сезонная динамика концентрации хлорофилла «а» и поглощения света пигментами фитопланктона в прибрежных водах Севастополя (2009 – 2010 гг.)

Характер изменения концентрации хлорофилла «а» в поверхностных водах двухмильной зоны в районе Севастополя, имел U-образную форму с максимумом в осенне-зимний период года и минимумом в летний, и был сопоставим с изменением содержания пигментов в глубоководной части Черного моря. Содержание хлорофи...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2011
1. Verfasser:	Джулай, А.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Морський гідрофізичний інститут НАН України 2011
Schriftenreihe:	Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
Schlagworte:	Экология и рациональное природопользование в прибрежной и шельфовой зонах
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/112807
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Сезонная динамика концентрации хлорофилла «а» и поглощения света пигментами фитопланктона в прибрежных водах Севастополя (2009 – 2010 гг.) / А.А. Джулай // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2011. — Вип. 25, т. 2. — С. 357-369. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-112807
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1128072017-01-28T03:02:34Z Сезонная динамика концентрации хлорофилла «а» и поглощения света пигментами фитопланктона в прибрежных водах Севастополя (2009 – 2010 гг.) Джулай, А.А. Экология и рациональное природопользование в прибрежной и шельфовой зонах Характер изменения концентрации хлорофилла «а» в поверхностных водах двухмильной зоны в районе Севастополя, имел U-образную форму с максимумом в осенне-зимний период года и минимумом в летний, и был сопоставим с изменением содержания пигментов в глубоководной части Черного моря. Содержание хлорофилла «а» в Севастопольской бухте превышало его содержание в открытой части моря у берегов Севастополя практически на порядок. За последнее десятилетие концентрация хлорофилла «а» в прибрежных водах Севастополя практически не изменилась. Исследования показали, что основным абиотическим фактором, влияющим на удельное поглощение света фитопланктоном в прибрежных водах Севастополя, являлись световые условия, в которых существовала популяция фитопланктона. Характер зміни концентрації хлорофілу «а» в поверхневих водах двохмильної зони в районі Севастополя мав U-образну форму з максимумом в осінньо-зимовий період року і мінімум в літній і був зіставний зі зміною складу пігментів в глибоководній частині Чорного моря. Вміст хлорофілу «а» в Севастопольській бухті перевищував вміст хлорофілу у відкритій частині моря біля берегів Севастополя практично на порядок. За останнє десятиліття концентрація хлорофілу «а» в прибережних водах Севастополя практично не змінилася. Дослідження показали, що основним абіотичним фактором, що впливає на питоме поглинання світла фітопланктоном в прибережних водах Севастополя, були світлові умови, в яких існувала популяція фітопланктону. Variation character of a surface chlorophyll «a» concentration in coastal waters (2 miles zone) near the Sevastopol was U-shaped with maximum in winter-autumn period of a year and minimum in summer and were comparable with variation pigment content at the surface in deep-waters region of the Black Sea. The chlorophyll «a» concentration in Sevastopol bay exceeded the chlorophyll «a» concentration in offshore waters near Sevastopol by an order of magnitude practically. The chlorophyll «a» concentration in coastal waters near the Sevastopol had not been changed for the last decade. It has been shown that the main abiotic factor forcing the specific light absorption coefficient of phytoplankton in the coastal waters near Sevastopol, were the light conditions in which a phytoplankton population existed. 2011 Article Сезонная динамика концентрации хлорофилла «а» и поглощения света пигментами фитопланктона в прибрежных водах Севастополя (2009 – 2010 гг.) / А.А. Джулай // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2011. — Вип. 25, т. 2. — С. 357-369. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1726-9903 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/112807 581.526.325:581.132(262.5) ru Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу Морський гідрофізичний інститут НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Экология и рациональное природопользование в прибрежной и шельфовой зонах Экология и рациональное природопользование в прибрежной и шельфовой зонах
spellingShingle	Экология и рациональное природопользование в прибрежной и шельфовой зонах Экология и рациональное природопользование в прибрежной и шельфовой зонах Джулай, А.А. Сезонная динамика концентрации хлорофилла «а» и поглощения света пигментами фитопланктона в прибрежных водах Севастополя (2009 – 2010 гг.) Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
description	Характер изменения концентрации хлорофилла «а» в поверхностных водах двухмильной зоны в районе Севастополя, имел U-образную форму с максимумом в осенне-зимний период года и минимумом в летний, и был сопоставим с изменением содержания пигментов в глубоководной части Черного моря. Содержание хлорофилла «а» в Севастопольской бухте превышало его содержание в открытой части моря у берегов Севастополя практически на порядок. За последнее десятилетие концентрация хлорофилла «а» в прибрежных водах Севастополя практически не изменилась. Исследования показали, что основным абиотическим фактором, влияющим на удельное поглощение света фитопланктоном в прибрежных водах Севастополя, являлись световые условия, в которых существовала популяция фитопланктона.
format	Article
author	Джулай, А.А.
author_facet	Джулай, А.А.
author_sort	Джулай, А.А.
title	Сезонная динамика концентрации хлорофилла «а» и поглощения света пигментами фитопланктона в прибрежных водах Севастополя (2009 – 2010 гг.)
title_short	Сезонная динамика концентрации хлорофилла «а» и поглощения света пигментами фитопланктона в прибрежных водах Севастополя (2009 – 2010 гг.)
title_full	Сезонная динамика концентрации хлорофилла «а» и поглощения света пигментами фитопланктона в прибрежных водах Севастополя (2009 – 2010 гг.)
title_fullStr	Сезонная динамика концентрации хлорофилла «а» и поглощения света пигментами фитопланктона в прибрежных водах Севастополя (2009 – 2010 гг.)
title_full_unstemmed	Сезонная динамика концентрации хлорофилла «а» и поглощения света пигментами фитопланктона в прибрежных водах Севастополя (2009 – 2010 гг.)
title_sort	сезонная динамика концентрации хлорофилла «а» и поглощения света пигментами фитопланктона в прибрежных водах севастополя (2009 – 2010 гг.)
publisher	Морський гідрофізичний інститут НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Экология и рациональное природопользование в прибрежной и шельфовой зонах
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/112807
citation_txt	Сезонная динамика концентрации хлорофилла «а» и поглощения света пигментами фитопланктона в прибрежных водах Севастополя (2009 – 2010 гг.) / А.А. Джулай // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2011. — Вип. 25, т. 2. — С. 357-369. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
series	Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
work_keys_str_mv	AT džulajaa sezonnaâdinamikakoncentraciihlorofillaaipogloŝeniâsvetapigmentamifitoplanktonavpribrežnyhvodahsevastopolâ20092010gg
first_indexed	2025-07-08T04:43:42Z
last_indexed	2025-07-08T04:43:42Z
_version_	1837052538063421440
fulltext	357 © А.А. Джулай, 2011 УДК 581 .526 .325 :581 .132(262 .5 ) А.А. Джулай Институт биологии южных морей НАН Украины, г. Севастополь СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА КОНЦЕНТРАЦИИ ХЛОРОФИЛЛА «А» И ПОГЛОЩЕНИЯ СВЕТА ПИГМЕНТАМИ ФИТОПЛАНКТОНА В ПРИБРЕЖНЫХ ВОДАХ СЕВАСТОПОЛЯ (2009 – 2010 гг.) Характер изменения концентрации хлорофилла «а» в поверхностных водах двухмильной зоны в районе Севастополя, имел U-образную форму с максимумом в осенне-зимний период года и минимумом в летний, и был сопоставим с изменени- ем содержания пигментов в глубоководной части Черного моря. Содержание хло- рофилла «а» в Севастопольской бухте превышало его содержание в открытой части моря у берегов Севастополя практически на порядок. За последнее десятилетие концентрация хлорофилла «а» в прибрежных водах Севастополя практически не изменилась. Исследования показали, что основным абиотическим фактором, влияющим на удельное поглощение света фитопланктоном в прибрежных водах Севастополя, являлись световые условия, в которых существовала популяция фи- топланктона. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА : концентрация хлорофилла «а», пигментный индекс, по- глощение света фитопланктоном, Черное море, Севастопольская бухта. Введение. Исследование оптических характеристик фитопланктона и их изменчивости при адаптации фитопланктона к разным факторам среды в настоящее время очень актуально. Это, прежде всего, связано с тем, что эф- фективность поглощения света определяет эффективность фотосинтеза и, следовательно, продуктивность фитопланктона [1]. В связи с этим цель этой работы состояла в исследовании сезонной дина- мики содержания пигментов фитопланктона и спектров поглощения света. Методы. Отбор проб проводился в период с февраля 2009 г. по февраль 2010 г. раз в две недели в поверхностном слое на трех станциях, схема расположения которых показана на рис. 1: станция № 1 расположена на расстоянии около двух миль от берега; станция № 2 расположена вблизи от Константиновского равелина, который далее будем называть – равелин, станция № 3 расположена в районе Сухарной балки. В процессе работы измеряли концентрацию хлорофил- ла «а» (Cа) и поглощение света пиг- ментами фитопланктона (aph(λ)). Определение содержания хло- рофилла «а». Пробы фитопланктона объемом от 500 до 1000 мл каждая осаждали на стекловолокнистые фильтры GF/F (Whatman) диаметром 25 мм фильтрацией при вакууме не Рис . 1. Схема расположения станций в Севастопольской бухте. 1 2 3 Севастополь 358 более 0,2 атм. Пигменты экстрагировали в 90% водном растворе ацетона в те- чение 18 часов в холодильнике при температуре +3°С. Затем экстракт осветля- ли центрифугированием при скорости 3000 об/мин в течение 15 минут. Опти- ческую плотность ацетоновых экстрактов определяли на двухлучевом спек- трофотометре Specord M40 (Carl Zeiss Jena). Cа рассчитывали по формуле [2]: Ca = (11,85·OD664 – 1,54·OD647 – 0,08·OD630) (Vэк/Vпр·Lк), (1) где OD – оптическая плотность экстрактов на указанной длине волны с учетом поправки на неспецифическое поглощение на длине волны 750 нм, Vэк – объем экстракта (мл), Vпр – объем профильтрованной пробы (л), Lк – длина кюветы (см). В ацетоновых экстрактах измеряли спектры оптической плотности в диапазоне длин волн от 400 до 750 нм, что позволило определить величину пигментного индекса (ПИ) – отношение между оптическими плотностями в максимумах спектра поглощения вблизи длин волн 430 и 663 нм соответст- венно (ПИ = OD430/OD663). Определение коэффициентов поглощения света пигментами фито- планктона. Спектральные измерения выполнены по стандартной методике «количественного определения на увлажненных фильтрах» («Quantitative Filter Technique») [3, 4]. Как и в предыдущих измерениях, пробы фитопланктона объемом от 500 до 1000 мл фильтровали через стекловолокнистые фильтры GF/F (Whatman) диаметром 25 мм при вакууме не более 0,2 атм. Оптические измерения проводили сразу же после фильтрации на двулучевом спектрофотометре Specord-M40 (Carl Zeiss Jena) в диапазоне длин волн λ от 400 до 750 нм. Оптическую плотность взвеси, собранной на фильтре, ODfp(λ), измеряли, предварительно увлажнив фильтр ультрафильтратом морской воды. Для сравнения использовали аналогично увлажненный чистый фильтр. В процессе сканирования (~ 2 минуты) влажность фильтра практически не изменялась. Пигменты фитопланктона экстрагировали горячим метанолом по методике, приведенной в [5]. После обработки фильтра метанолом на нем остается обесцвеченная взвесь. Аналогичным образом был обработан и фильтр сравнения. Затем измеряли оптическую плотность обесцвеченной взвеси ODfd(λ). Для перехода от значений оптической плотности взвеси на фильтре, ODfp(λ) и ODfd(λ), к величинам оптической плотности в суспензии, ODp(λ) и ODd(λ), использовали уравнение [6]: ODp/d(λ) = a·ODf(λ) + b·[ODf(λ)]2, (2) где a = 0,392 и b = 0,655 – коэффициенты для фильтров GF/F. Затем рассчитывали коэффициенты поглощения света пигментами фитопланктона по формуле: 359 0 4 8 12 C a, m g m -3 1 2 3 2 4 6 8 10 12 2 2009 \| 2010 Месяцы 2 4 6 8 10 12 2 2009 г. 2010 г. Месяц года 12 8 4 0 С а , м г м -3 aph(λ) = ap(λ) – ad(λ), м-1, (3) где ap(λ) = 2,3·ODp(λ)/lg, м -1, (4) ad(λ) = 2,3·ODd(λ)/lg, м -1, (5) В выражения (4) и (5): 2,3 – коэффициент для перехода от десятичного логарифма к натуральному; lg – геометрическая длина пути, lg = Vf / S [м]; Vf – объем профильтрованной пробы (м3); S – рабочая площадь фильтра [м2]; aph(λ) – коэффициент поглощения света пигментами фитопланктона; ap(λ) – коэффициент поглощения света взвесью; ad(λ) – коэффициент поглощения света обесцвеченной взвесью; * pha (λ) – величина удельного (нормирован- ного на содержание хлорофилла «а») коэффициента поглощения света пиг- ментами фитопланктона. Результаты 1. Пигменты фитопланктона. Рис. 2 демонстрирует изменчивость кон- центрации хлорофилла «а» с февраля 2009 г. по февраль 2010 г., наблюдав- шуюся на трех станциях в прибрежных водах Черного моря в районе Севас- тополя. Сведения о статистических характеристиках исследованных пара- метров, приведены в таблице. Рис . 2. Изменение концентрации хлоро- филла «а» с февраля 2009 г. по февраль 2010 г. на трех станциях в прибрежных во- дах Черного моря в районе Севастополя: на станции 1; на стан- ции 2; на станции 3 (расположе- ние станций – см. рис. 1). На первой станции, расположенной в двухмильной зоне от берега (см. рис. 1, станция 1), концентрация хлорофилла «а» (Ca) плавно изменялась от высоких значений в холодное время года до низких – в теплое. Наибольшие значения Ca были зафиксированы в феврале и октябре 2009 г. (2,2 и 2,1 мгм-3), а минимальные – в июне 2009 г. (0,3 мгм-3). Среднегодовая величина концен- трации хлорофилла «а» ( aC ) составила 1,1 ± 0,7 мгм-3. На второй станции, расположенной вблизи равелина (см. рис. 1, стан- ция 2), были отмечены более частые колебания Ca в течение года, чем на 360 фоновой станции. После весеннего пика в марте (4,4 мгм-3) наблюдалось снижение Ca до минимальных за год значений (2,6 – 2,7 мгм-3), отмеченных в период с апреля по июль. Затем наблюдалось увеличение Ca до наибольших за год величин (11,7 мгм-3), зафиксированных в октябре. В зимнее время отмечены резкие колебания Ca от 3,3 мгм-3 в январе до 8,7 мгм-3 в феврале. Среднегодовая величина концентрации хлорофилла «а» aC соста- вила 4,5 ± 2,8 мгм-3. Таблица . Статистические характеристики исследованных параметров в период с февраля 2009 по февраль 2010 гг. Параметр, обозначение, единицы измерения Статистические характеристики Значение параметра, наблюдавшегося на станции (расположение – см. рис. 1) № 1 № 2 № 3 Ca, мг м-3 Пределы изменения 0,3 – 2,2 2,6 – 11,7 3,0 – 10,8 Среднее значение 1,1 4,5 4,7 Среднее квадратическое отклонение 0,7 2,8 2,2 * pha (440), м 2 мгХл-1 Пределы изменения 0,034 – 0,070 0,019 – 0,074 0,025 – 0,058 Среднее значение 0,047 0,037 0,04 Среднее квадратическое отклонение 0,011 0,016 0,01 * pha (678), м 2 мгХл-1 Пределы изменения 0,017 – 0,020 0,011 – 0,028 0,013 – 0,022 Среднее значение 0,022 0,017 0,017 Среднее квадратическое отклонение 0,002 0,005 0,003 R Пределы изменения 1,8 – 3,1 1,7 – 2,7 1,8 – 3,1 Среднее значение 2,4 2,0 2,3 Среднее квадратическое отклонение 0,4 0,3 0,4 ПИ Пределы изменения 3,1 – 4,0 2,5 – 3,9 2,8 – 3,6 Среднее значение 3,5 3,0 3,1 Среднее квадратическое отклонение 0,3 0,4 0,3 Примечание: Ca – концентрация хлорофилла «а»; * pha (440) и * pha (678) – величины удельного (нормированного на концентрацию хлорофилла «а») поглощения света пигментами фитопланктона на длинах волн 440 и 678 нм, соответствующих максимумам в синей и красной области спектра; R – отношение поглощения света пигментами фитопланктона; ПИ – пигментный индекс. На станции, расположенной в Сухарной балке (см. рис. 1, станция 3) вели- чина Ca также как и на второй станции, была подвержена частым колебаниям в течение года. После пика в марте (4,6 мгм-3) наблюдалось снижение величин Ca до 3,2 мгм-3 в апреле, затем концентрация хлорофилла несколько возросла и в течение лета оставалась практически неизменной (4,7 ± 0,3 мгм-3). Осенью на- 361 блюдался рост Ca с максимумом в октябре (10,8 мгм-3) и дальнейшее сниже- ние к ноябрю (3,1 мгм-3), за которым следовало увеличение Ca до января (5,7 мгм-3). Среднегодовая величина концентрации хлорофилла «а» aC со- ставила 4,7 ± 2,2 мгм-3. Для оценки относительного содержания вспомогательных пигментов в фитопланктоне использовали пигментный индекс. Графики его изменения на всех трех станциях в период наблюдений показаны на рис. 3. Нетрудно видеть, что на всех станциях наблюдался одинаковый ход кривой изменения пигментного индек- са в течение года. Минимальные зна- чения ПИ отмечались в зимнее время, а максимальные – в летнее. Данные, полученные на фоновой станции (станция № 1) отличались от данных, полученных в бухте бóльшими вели- чинами ПИ в течение всего года. На первой станции минимальные величины ПИ наблюдались в февра- ле, причем, как в 2009 г. (ПИ = 3,1), так и в 2010 г. (ПИ = 3,2), а макси- мальные величины ПИ были отмече- ны в период с июня по август 2009 г. (~ 4,0). Среднегодовая величина ПИ составила 3,5 ± 0,3. На второй станции величины ПИ изменялись от 2,5 в феврале до 3,9 в июле, в среднем составляя 3,1 ± 0,5. На третьей станции минимальные величины ПИ наблюдались в феврале, причем, в 2009 и 2010 гг. они были равны и составили 2,8, а максимальные ве- личины (3,6) – в конце июля. Среднегодовая величина ПИ составила 3,1 ± 0,3. 2. Поглощение света пигментами фитопланктона. Полученные на всех станциях спектры поглощения света пигментами фитопланктона пока- заны на рис. 4. На спектрах можно выделить два основных пика: в синей (440 нм) и красной (678 нм) областях спектра. Пик на длине волны λ = 678 нм соответствует поглощению света хлорофиллом «а» и продуктами его распада. В синей части спектра свет поглощается не только хлорофиллом «а», но и вспомогательными пигментами [7]. В течение года наблюдалось изменение величин коэффициентов и формы спектров. На расстоянии двух миль от берега (станция № 1) величины коэффици- ентов поглощения света пигментами фитопланктона на длине волны 440 нм (aph(440)) изменялись от 0,020 до 0,090 м-1, а величины коэффициентов – на длине волны 678 нм (aph(678)) – от 0,0065 до 0,038 м-1. 2.4 2.8 3.2 3.6 4 П И 1 2 3 Months 2 4 6 8 10 12 2 2009 \| 2010 2 4 6 8 10 12 2 2009 г. 2010 г. Месяц года 4 3,6 3,2 2,8 2,4 П И Рис . 3. Изменение пигментного ин- декса с февраля 2009 г. по февраль 2010 г. на трех станциях в прибрежных водах Черного моря в районе г. Сева- стополя (обозначения – см. рис. 2). 362 400 500 600 700 λ, нм 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 a ph (λ ), м -1 1 400 500 600 700 λ, нм 0 1 2 3 a p h(λ )/ a p h(6 78 ), м -1 1 400 500 600 700 λ, нм 0 0.1 0.2 0.3 0.4 a ph (λ ), м -1 2 400 500 600 700 λ, нм 0 1 2 3 a p h(λ )/ a p h(6 78 ), м -1 2 400 500 600 700 λ, нм 0 0.1 0.2 0.3 0.4 a p h(λ ), м -1 3 400 500 600 700 λ, нм 0 1 2 3 a p h(λ )/ a p h(6 78 ), м -1 3 Рис . 4. Спектральное распределения коэффициентов поглощения света пиг- ментами фитопланктона – aph(λ) (а, в, д) и коэффициентов, нормированных на величину коэффициента на длине волны 678 нм – aph(λ)/aph(678) (б, г, е) в течение года на трех станциях в прибрежных водах Черного моря в районе Севастополя в 2009 – 2010 гг.: а, б – станция 1; в, г – станция 2; д, е – станция 3 (расположение станций – см. рис. 1). 400 500 600 700 400 500 600 700 Длина волны λ, нм Длина волны λ, нм 0,4 0,3 0,2 0,1 0 a ph ( λ ), м -1 3 2 1 0 a ph ( λ ) / a p h (6 7 8 ) а в д 0,4 0,3 0,2 0,1 0 a ph ( λ ), м -1 3 2 1 0 a ph ( λ ) / a p h (6 7 8 ) 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0 a ph ( λ ), м -1 3 2 1 0 a ph ( λ ) / a p h (6 7 8 ) б г е 363 На второй и третьей станциях величины aph(440) изменялись от 0,080 до 0,33 м-1 и от 0,10 до 0,36 м-1, соответственно, а величины aph(678) на этих стан- циях изменялись от 0,043 до 0,17 м-1 и от 0,047 до 0,17 м-1, соответственно. Форма спектра может быть оценена по отношению коэффициентов по- глощения света фитопланктоном на длинах волн, соответствующих двум основным максимумам спектра – в синей (длины волн λ ~ 440 нм) и красной (длины волн λ ~ 678 нм) областях R. Как показывают результаты наблюде- ний, представленные на рис. 5, это отношение на всех станциях изменялось в течение года почти в 2 раза. Рис . 5. Изменение отношения коэф- фициентов поглощения света пигмен- тами фитопланктона на длинах волн, соответствующим максимумам в синей (440 нм) и красной (678 нм) областях спектра, R с февраля 2009 г. по февраль 2010 г. на трех станциях, располо- женных в прибрежных водах Черного моря в районе г. Севастополя. Обозна- чения – см. рис. 2. В двухмильной зоне величина R варьировала от 1,8 в феврале до 3,1 в июне и составляла в среднем 2,4 ± 0,4. Вблизи равелина минимальные зна- чения R наблюдались в феврале (1,7) а максимальные – в конце июля (2,7) . Средняя величина R в этом районе составила 2,1 ± 0,3. В районе Сухарной балки низкие величины R были отмечены не только в феврале (2,2), но и в конце августа (1,8), а максимальные – в конце июля (2,6) и в конце ноября (3,1). Средняя величина R в этом районе составила 2,3 ± 0,4. Следует отме- тить, что среднее значение и внутригодовая вариабельность этого параметра (~ в 2 раза) были практически одинаковые во всех районах исследований. Рис. 6 демонстрирует временную динамику величин удельных (норми- рованных на концентрацию хлорофилла «а») коэффициентов поглощения света фитопланктоном на длинах волн 440 нм ( * pha (440)) и 678 нм ( * pha (678)) в течение года. Видна ее однотипность для всех станций. Мини- мальные значения * pha (440) и * pha (678) были отмечены в холодный зимне- весенний период: 0,024 – 0,034 и 0,013 – 0,017 м2 мгХл-1 соответственно. В дальнейшем величины этих параметров возрастали, образуя летний макси- мум (0,058 – 0,074 и 0,022 – 0,028 м2 мгХл-1, соответственно). В среднем за год величины * pha (440) и * pha (678) составили соответственно: – на станции № 1 0,047 ± 0,011 и 0,020 ± 0,002 м2 мгХл-1; – на станции № 2 0,037 ± 0,016 и 0,017 ± 0,005 м2 мгХл-1; – на станции № 3 0,040 ± 0,010 и 0,017 ± 0,003) м2 мгХл-1. 2 4 6 8 10 12 2 2009 г. 2010 г. Месяц года 3,2 2,8 2,4 2,0 1,8 R 364 Обсуждение. На всех трех станциях прослеживался одинаковый харак- тер сезонной динамики концентрации хлорофилла «а» с ярко выраженным максимумом в осенний период (октябрь) и минимумом в летний (июнь – август) – см. рис. 2. 0 0.02 0.04 0.06 0.08 a p h ' (4 4 0) , m2 m g c h l-1 1 2 3 Months 2 4 6 8 10 12 2 2009 \| 2010 Рис . 6. Изменение удельных коэффициентов поглощения света пигментами фитопланктона на длинах волн, соответствующим максимумам в синей – * pha (440) (а) и красной – * pha (678) (б) областях спектра, с февраля 2009 г. по февраль 2010 г. Положение станций – см. рис. 1. Обозначения – см. рис. 2. Однако следует отметить, что содержание хлорофилла «а» на фоновой станции отличалось от величин в бухте практически на порядок, что, по- видимому, связано с разной степенью обеспеченности фитопланктона био- генными элементами. В бухту биогенные вещества поступают со сточными водами и с водами реки Черная [8]. На станции 3, в отличие от двух других станций, наблюдалось заметное увеличение концентрации хлорофилла в июне месяце. Резкие скачки концентрации хлорофилла в бухте, вероятно, вызваны ветровой деятельностью, которая сопровождается горизонтальной адвекцией вод и приводит к распространению более бедных морских вод в бухту и наоборот, богатых биогенными веществами – из бухты [8]. Сравнение результатов настоящих исследований с данными 2000 – 2001 гг. [9] показало сопоставимость диапазона вариабельности величин концентрации хлорофилла «а» и отмеченного характера внутригодовой изменчивости. Кон- центрация хлорофилла «а» в открытой части моря в 2000 – 2001 гг. напротив бухты Омега изменялась в пределах от 0,2 мгм-3 (в августе) до ~ 2,5 мгм-3 (в марте) [9], что близко к отмеченной вариабельности на фоновой станции в 2009 – 2010 гг. В Севастопольской бухте у мола (вблизи радиобиологического корпуса Института биологии Южных морей НАН Украины) содержание хло- рофилла «а» в 2000 – 2011 гг. было в пределах от ~ 1 мгм-3 (в августе) до 14,2 мгм-3 (в ноябре) [9], что сравнимо с нашими результатами, полученны- ми в районе равелина. б 0,028 0,024 0,020 0,016 0,012 0,008 a* ph (6 7 8 ), м 2 м г Х л -1 2 4 6 8 10 12 2 2009 г. 2010 г. Месяц года а 0,08 0,06 0,04 0,02 0 a* ph (4 4 0 ), м 2 м г Х л -1 2 4 6 8 10 12 2 2009 г. 2010 г. Месяц года 365 Сезонный ход кривой изменения пигментного индекса одинаков на всех станциях (см. рис. 3) с ярко выраженным максимумом в летний период. От- носительное содержание вспомогательных пигментов, которые поглощают кванты света для их передачи молекулам хлорофилла на фотосинтез (антен- ные пигменты) [10], зависит от световых условий и адаптации фитопланк- тона [11]. В течение года величина солнечной радиации, падающей на по- верхность моря, изменялась от 9 – 17 зимой до 45 – 56 Е м-2 сут-1 летом (см. сайт http://blackseacolor.com). В условиях высокой солнечной инсоляции, свойственной для летнего периода, когда поток световой энергии превышает способность хлоропластов использовать ее в фотохимических реакциях, в клетках увеличивается доля фотопротекторных пигментов [11]. Эти пигменты трансформируют поглощенную энергию в тепло или флуоресцируют с целью защиты клеток от избыточной радиации [10]. В холодное время года при низ- ких интенсивностях света относительное содержание антенных пигментов в клетках микроводорослей уменьшается [11]. По-видимому, отмеченная сезон- ная динамика пигментного индекса отражает изменение пигментного состава фитопланктона, что связано с адаптацией сообщества к световым условиям. Следует отметить, что для фитопланктона на фоновой станции характерны большие величины ПИ, чем в бухте в течение всего года. Это, вероятно, связа- но с разной прозрачностью вод – графики сезонного хода прозрачности воды, ее температуры и концентрации хлорофилла «а» в период с февраля 2009 г. по февраль 2010 г. на трех станциях, расположенных в прибрежных водах Черно- го моря в районе Севастополя (расположение станций – см. рис. 1) приведены на рис. 7. Световые условия в слое существования фитопланктона зависят не только от падающей на поверхность радиации, которая одинакова, как для бух- ты, так и для открытой части моря, но от глубины перемешиваемого слоя и прозрачности вод [11]. Прозрачность находится в обратной зависимости от концентрации хлорофилла «а» – с увеличением концентрации хлорофилла «а», прозрачность уменьшается, и наоборот (см. рис. 7), что, вероятно, привело к уменьшению доли вспомогательных пигментов в фитопланктоне в верхнем перемешанном слое бухты, в сравнении с фоновой станцией. Увеличение относительного содержания вспомогательных пигментов в клетках микроводорослей сопровождается повышением удельных коэффици- ентов поглощения света в синей области спектра. Помимо вклада вспомога- тельных пигментов в общее поглощение света, на величину )440(* pha оказыва- ет влияние «эффект упаковки» пигментов в клетках, который зависит от внут- риклеточного содержания пигментов, формы и размеров клеток фитопланкто- на [13, 14]. Исследования годовой изменчивости соотношения между органи- ческим углеродом и хлорофиллом «а» (С/Хл) клеток фитопланктона в 2000 – 2001 гг. в районе Севастопольской бухты показали почти десятикратную ва- риабельность этой величины от 13 – 20 зимой до 150 – 180 летом [9]. В период наших исследований можно ожидать аналогичный характер сезонного измене- ния соотношения С/Хл в ответ на смену условий в среде, в частности – солнеч- ной радиации. По-видимому, отмеченное повышение удельных коэффициен- тов поглощения света в летний период обусловлено изменениями состава и 366 концентрации пигментов в клетках фитопланктона в результате адаптации со- общества к условиям среды, в частности высокой солнечной инсоляции. Сни- жение удельных коэффициентов поглощения света фитопланктоном в августе, отмеченное на фоне еще летних низких концентраций хлорофилла «а» и высо- кого относительного содержания вспомогательных пигментов в клетках могло быть вызвано резкой сменой мелких доминирующих видов более крупны- ми, что отмечалось ранее другими исследователями [15]. В максимуме, расположенном в длинноволновой части спектра (длины волн ~ 678 нм), где поглощение света обусловлено только хлорофиллом «а» и продуктом его распада – феофитином, удельное поглощение зависит только от «эффекта упаковки» пигментов внутри клетки. «Эффект упаков- ки» проявляется в более значительном снижении удельных коэффициен- тов в синей области спектра, чем в красной, что приводит к уменьшению величины R. Каждой таксономической группе фитопланктона соответствует опреде- ленный набор пигментов, а также пигменты, присущие лишь данной таксоно- мической группе – пигменты-маркеры [7]. На спектрах поглощения света пиг- ментами фитопланктона (см. рис. 4) наблюдается «плечо» в диапазоне 420 – 500 нм, соответствующее поглощению вспомогательными пигментами, кото- рые входят в состав пигментного комплекса диатомовых и динофлагеллят. По- лосы поглощения пигментов-маркеров диатомовых и динофлагеллят находятся в одно волновом диапазоне, поэтому трудно судить о доминировании того или иного вида. У диатомовых пигмент-маркер – фукоксантин (446 – 468 нм в 100% ацетоне), а у динофлагеллят – перидинин (458 – 474 нм в 100% аце- тоне) [7]. Выводы. 1. Сезонная динамика концентрации основного фотосинтетического пигмента – хлорофилла «а» – на фоновой станции была сопоставима с из- менением концентрации хлорофилла «а» в глубоководной части Черного моря: с максимумом в зимне-осенний период года и минимум в летний. 2. Превышение концентрации хлорофилла «а» в бухте над концентра- цией в открытой части моря у берегов Севастополя практически на поря- док, что вероятно связано с разным содержанием биогенных веществ. 3. За последнее десять лет концентрация хлорофилла «а» в прибрежных водах Севастополя практически не изменилась. 4. Сравнение сезонной динамики пигментного индекса с динамикой удельного поглощения света в синем максимуме спектра показали, что ос- новным абиотическим фактором, влияющим на удельное поглощение света фитопланктоном в прибрежных водах Севастополя, являются световые ус- ловия, в которых существовала природная популяция фитопланктона. Автор выражает искреннюю благодарность сотрудникам отдела Планктона Института биологии южных морей Д.А. Алтухову, В.В. Гу- банову, В.С. Муханову, С.А. Хворову за помощь при отборе проб в Се- вастопольской бухте и за любезно предоставленные данные по темпе- ратуре и глубине видимости диска Секки. 367 Рис. 7. Изменение концентрации хлорофилла «а» (квадраты), температуры (круги) и прозрачности (треугольники) с февраля 2009 г. по февраль 2010 г. на трех станциях в прибрежных водах Черного моря в районе Севастополя: а – станция № 1; б – станция № 2; в – станция № 3 (схема расположения станций показана на рис. 1) 2 4 6 8 10 12 2 4 2009 г. 2010 г. Месяц года 24 20 16 12 8 Т е м п ер а ту р а , ° C 2,4 2,0 1,6 1,2 0,8 0,4 0 П р о зр а ч н о с ть z , м С a, м г м -3 18 16 12 10 0 24 20 16 12 8 Т е м п ер а ту р а , ° C 12 10 8 6 4 2 С a, м г м -3 П р о зр а ч н о с ть z , м 24 20 16 12 8 4 2 4 6 8 10 12 2 4 2009 г. 2010 г. Месяцы года 6 5 4 3 2 Т е м п ер а ту р а , ° C 12 10 8 6 4 2 С a, м г м -3 П р о зр а ч н о с ть z , м 24 20 16 12 8 4 2 4 6 8 10 12 2 4 2009 г. 2010 г. Месяц года 367 368 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Churilova T., Suslin V., Sosik H. Bio-optical spectral modelling of underwater irra- diance and primary production in the Black Sea // Ocean Optics conference proceed- ings., Ocean Optics XIX, Il Ciocco-Barga (Italy, 6-10 October 2008). – 6 p. (CD-ROM). 2. Jeffrey S.W. and Humphrey G.F. New spectrophotometric equations for determining chlorophylls a, b, c1 and c2 in higher plants, algae and natural phytoplankton // Bio- chem. Physiol. Pflanzen. – 1975. – vol. 167. – P. 191-194. 3. Yentsch C. S. Measurement of visible light absorption by particulate matter in the ocean // Limnol. Oceanogr. – 1962. – vol. 7. – P. 207-217. 4. Mitchell B.G., Kiefer D.A. Chlorophylla specific absorption and fluorescence excita- tion spectra for light limited phytoplankton // Deep-Sea Res. – 1988. – vol. 35, № 5. – P. 639 – 663. 5. Kishino M., Takahashi N., Okami N., Ichimura S. Estimation of the spectral absorp- tion coefficients of phytoplankton in the sea // Bulletin of Marine Science. – 1985. – vol. 37. – P. 634-642. 6. Mitchell B.G. Algorithms for determining the absorption coefficient of aquatic parti- culates using the quantitative filter technique (QFT) / Ocean Optics X (Ed. R. Spi- nrad). – SPIE Bellingham, Washington. – 1990. – P. 137-148. 7. Jeffrey S.W., Mantoura R.F.C., Wright S.W. Phytoplankton pigments in oceanogra- phy: guidelines to modern methods. – UNESCO publishing, 1997. – 661 p. 8. Иванов В.А., Овсяный Е.И., Репетин Л.Н., Романов А.С., Игнатьева О.Г. Гид- ролого-гидрохимический режим Севастопольской бухты и его изменения под воздействием климатических и антропогенных факторов. – Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2006. – 90 с. 9. Стельмах Л.В., Бабич И.И., Ляшенко С.В. Сезонные изменения концентрации хлорофилла «а» и отношения органический углерод/хлорофилл «а» в фито- планктоне прибрежных вод Севастополя (Черное море) в 2000 – 2001 гг. // Эко- логия моря. – 2002. – вып. 61. – С. 64-68. 10. Kirk J.T.O. Light and photosynthesis in aquatic ecosystems. – Cambridge University Press, 1994. – 517 p. 11. Чурилова Т.Я., Финенко З.З., Акимов А.И. Пигменты микроводорослей / Тока- рев Ю.Н., Финенко З.З., Шадрин Н.В. Микроводоросли Черного моря: пробле- мы сохранения биоразнообразия и биотехнологического использования. – Се- вастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2008. – С. 301-319. 12. Чурилова Т.Я. Сезонная и межгодовая вариабельность глубины зоны фотосин- теза в Черном море по модельным расчетам // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа / Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика». – 2009. – вып. 19. – С. 265-278. 13. Morel A., Bricaud А. Theoretical results concerning light absorption in a discrete medium and application to specific absorption of phytoplankton // Deep-Sea Res., P.I. A. Oceanogr. Res. Papers. – 1981. – vol. 28, № 11. – P. 1375-1393. 14. Bricaud A., Babin M., Morel A. and Claustre H. Variability in the chlorophyll- specific absorption coefficients of natural phytoplankton: Analysis and parameteriza- 369 tion // Journ. of Geoph. Res. – 1995. – vol. 100, № C7. – P. 13321-13332, doi: 10.1029/95JC00463. 15. Стельмах Л.В., Куфтаркова Е.А., Бабич И.И. Сезонная изменчивость скорости роста фитопланктона в прибрежных водах Черного моря (район Севастополя) // Морской экологический журнал. – 2009. – том VIII, № 1. – С. 67-80. Материал поступил в редакцию 09 .12 .2011 г . АНОТАЦIЯ Характер зміни концентрації хлорофілу «а» в поверхневих водах двохмильної зони в районі Севастополя мав U-образну форму з максимумом в осінньо-зимовий період року і мінімум в літній і був зіставний зі зміною складу пігментів в глибоководній частині Чорного моря. Вміст хлорофілу «а» в Севасто- польській бухті перевищував вміст хлорофілу у відкритій частині моря біля берегів Севастополя практично на порядок. За останнє десятиліття концентрація хлорофі- лу «а» в прибережних водах Севастополя практично не змінилася. Дослідження показали, що основним абіотичним фактором, що впливає на питоме поглинання світла фітопланктоном в прибережних водах Севастополя, були світлові умови, в яких існувала популяція фітопланктону. ABSTRACT Variation character of a surface chlorophyll «a» concentration in coastal waters (2 miles zone) near the Sevastopol was U-shaped with maximum in winter-autumn period of a year and minimum in summer and were comparable with variation pigment content at the surface in deep-waters region of the Black Sea. The chlorophyll «a» con- centration in Sevastopol bay exceeded the chlorophyll «a» concentration in offshore wa- ters near Sevastopol by an order of magnitude practically. The chlorophyll «a» concentra- tion in coastal waters near the Sevastopol had not been changed for the last decade. It has been shown that the main abiotic factor forcing the specific light absorption coefficient of phytoplankton in the coastal waters near Sevastopol, were the light conditions in which a phytoplankton population existed.

Сезонная динамика концентрации хлорофилла «а» и поглощения света пигментами фитопланктона в прибрежных водах Севастополя (2009 – 2010 гг.)

Institution

Ähnliche Einträge