Проект: Исследование закономерностей функционирования трофических цепей в меромиктических озерах Исполнитель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет» Руководитель проекта: к.б.н., доцент Задереев Егор Сергеевич Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на гг., в рамках реализации мероприятия Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук

Цель проекта: Получение новых знаний о функционировании трофических цепей стратифицированных меромиктических озер и последующее использование полученных закономерностей и разработанных математических моделей для анализа динамики водных экосистем, оценки последствий антропогенных или других воздействий. Цель второго этапа выполнения НИР Продолжение полевых работ, обобщение материалов биосъемок, полученных на первом этапе работы. Проведение полевых экспериментов и наблюдений. Разработка математической модели и ее настройка на полученные натурные результаты.

Задачи второго этапа: Ежесезонный круглогодичный отбор проб микроорганизмов, фито-, зоопланктона и амфипод в озерах Шира и Шунет. Анализ вертикального распределения и сезонной динамики компонентов трофической цепи. Данные и анализ необходимы для уточнения и верификации разрабатываемых математических моделей. Проведение полевых экспериментов in situ по исследованию роли активных перемещений зоопланктона в переносе вещества между гидродинамически изолированными зонами водоема. Необходимы для понимая механизма функционирования цикла биогенных элементов в озерах, настройки математических моделей. Формализация разработанных блок схем трофических цепей в виде математической модели на основе данных прошлых лет и данных первого этапа реализации проекта. Математическая модель необходима для анализа поведения экосистем при внешних воздействиях и внутренних перестройках.

Команда проекта

Объекты исследования Меромиктические озера Шира и Шунет Меромиктические озера являются перспективными объектами для исследования механизмов формирования вертикальных неоднородностей живого в водных экосистемах, а также функционирования трофической сети в условиях стратифицированного распределения физико- химических факторов среды. Озеро Шира Озеро Шунет

Выполненные работы и основные результаты

1. В рамках ежесезонного круглогодичного отбора проб микроорганизмов, фито-, зоопланктона и амфипод в озерах Шира и Шунет проведены зимний (март, озеро покрыто льдом) и весенний (конец мая, одна неделя после схода льда) отборы проб. Подготовка проруби для отбора проб (толщина льда 1 метр) Все готово для измерений и отбора проб (март) Подготовка к отбору проб на озере Шунет (конец мая)

Меромиктические условия в озере Шира стабилизированы незначительным по величине градиентом солености в зоне хемоклина. Ежегодное распреснение поверхностной воды за счет таяния льда и снега поддерживает сохранение меромиктических условий. Существенная вариация глубины хемоклина на протяжении последних 5 лет, а также вариабельность уровня воды и солености в озере не исключает вероятность полного перемешивания озера. Динамика вертикальной стратификации водной толщи озера Шира. Данные полученные в рамках реализации проекта (осень 2010 года, зима-весна 2011 года) продолжают ряд наблюдений. Уровень воды и соленость в озере Шира. А: уровень воды по метеоданным (жирная линия, 1936–2007); и ранее опубликованным данным (пунктирная линия) Б: тонкая линия - соленость рассчитанная на основании оценок изменения объема озера; треугольники - ранее опубликованные данные. Физико-химическая стратификация

Вертикальное распределение солености, температуры и концентрации кислорода в озере Шунет в марте и в конце мая 2011 года. Динамика глубины хемоклина в озере Шунет. Глубина расположения хемоклина в озере Шунет не испытывает существенных колебаний. Стабильная стратификация поддерживается выраженным градиентом солености. Физико-химическая стратификация

Динамика общего содержания органического углерода в составе сестона в водной толще озера Шира. Закрашенные области обозначают летний период. Вертикальное распределение фитопланктона и сестона в озере Шира в летнее время имеет четко выраженный глубинный максимум, совпадающий с глубиной термоклина. Общее содержание органического углерода в сестоне в миксолимнионе озера Шира закономерно увеличивается летом и уменьшается осенью и зимой Фитопланктон и сестон

Миксолимнион Монимолимнион Концентрация углерода в сестоне, мг/л ЭпилимнионМеталимнион Шира Зима1.13± ±1,01 Лето1.96± ± ±0,60 Осень1.57± ±0,45 Шунет Зима1.98±0, ±1,51 Лето1.95±0,18 Осень1.38±0,28 Средние концентрации органического углерода в составе сестона в различных зонах озер Шира и Шунет. Концентрации сестона в миксолимнионе озер Шира и Шунет схожи, что говорит о близкой продуктивности и схожем трофическом статусе озер. Концентрация сестона в монимолимнионе озере Шунет на порядок превышает таковую в озере Шира. Однако, учитывая различия в размере монимолимниона, общее количество сестона в водной толще в исследуемых озерах сопоставимо. Фитопланктон и сестон

Распределение биомассы популяции A.salinus в озере Шира в летнее время между гидродинамически изолированными зонами. ГодМесяц Над термоклинном, г/м 2 Под термоклинном, г/м Июнь Июль Август Июнь Июль Май Июль Август May Вертикальное распределение доминирующего в зоопланктоне озер Шира A.salinus в летнее время имеет два максимума в эпи- и металимнионе. Соотношение в распределении биомассы популяции над и под термоклином зависит от размера металимниона. Минимальный Максимальный Средний Размер металимниона Зоопланктон

Сезонная динамика сырой биомассы доминирующего в зоопланктоне озер Шира и Шунет вида веслоногих ракообразных A.salinus. Закрашенные области обозначают летний период. Зоопланктон Средняя за летние месяцы биомасса углерода в составе популяции A.salinus Средняя за летние месяцы биомасса сестона Соотношение биомассы Сестон/Зоо Озеро Шира0.45±0.12 г/м230.06±6.31 г/м266 Озеро Шира0.20±0.10 г/м29.77±0.89 г/м249

2. Проведены полевые эксперименты in situ по исследованию роли активных перемещений зоопланктона в переносе вещества между гидродинамически изолированными зонами водоема. Использованные в экспериментах выделенные объемы. Б Распределение фитопланктона (А) и зоопланктона (Б) в озере и в трубе через 4 часа после установки. Разработанная методика экспериментов не влияет при опускании выделенных объемов на распределение фитопланктона и в то же время препятствует попаданию зоопланктона внутрь выделенного объема.

А Б Примеры вертикальных распределений A.salinus в озере и в выделенных объемах Формирующееся в выделенных объемах вертикальное распределение A.salinus с максимумом в термоклине соответствует вертикальному распределению зоопланктона в модельной системе с термоклином и максимумом фитопланктона в гиполимнионе. Однако это распределение отличается от наблюдаемого в озере Шира многомодального вертикального распределения A.salinus. Это означает, что на вертикальное распределение A.salinus в озере действуют другие неучтенные факторы. Полевые эксперименты in situ

Двухфакторный дисперсионный анализ с повторностями влияния глубины, присутствия в выделенном объеме гаммаруса и совместного действия глубины и гаммаруса на вертикальное распределение общей биомассы A.salinus в выделенных объемах. SS degr.o f freed omMSFp Глубина , 20,000* Гаммарус01001 Глубина* гаммарус ,80,025* ошибка Добавка в выделенные объемы крупного представителя бентопланктона вида G.lacustris оказывает воздействие на вертикальное распределение наиболее крупных размерно-возрастных стадий A.salinus. В частности, в выделенных объемах в присутствии амфипод наблюдаются минимальные концентрации копепод под термоклином. Это подтверждает ранее полученные в лабораторных условиях данные о наличии конкурентных или хищнических взаимодействий между этими двумя видами. Полевые эксперименты in situ

Рассчитаны вертикальные потоки биогенных элементов (углерод - C, азот - N, фосфор - P) в составе биомассы мигрирующей части популяции рачков A.salinus. Восходящий поток гС сут -1 м -2, гN сут -1 м -2, гР сут -1 м -2. Нисходящий поток гС сут -1 м -2, гN сут -1 м -2, гР сут -1 м -2. Полученные данные показывают, что восходящие и нисходящие потоки биогенных элементов в составе зоопланктона в целом являются сбалансированными для озера Шира. Температура начального и конечного слоев миграций, средняя дальность перемещений и процент мигрировавших рачков популяции A.salinus в «выделенных объемах» в озере Шира в десяти независимых экспериментах. Температура начального слоя,°C Температура конечно слоя,°C Средняя дальность перемещения % мигриро- вавших (биомасса) Восходящие миграции Средние 5.1± ± ±1.245± 11 Нисходящие миграции Средние 20.0±1.06.9± ±1.128± 9 Полевые эксперименты in situ

3. Формализованы разработанные блок схемы трофических цепей в виде математической модели на основе данных прошлых лет и данных первого этапа реализации проекта. Разработана математическая модель на основе литературных и современных представлений о виде и функционировании экосистем меромиктических водоемов. Структура модели на текущий момент включает 23 модельные переменные, около 60 биохимических процессов и около 150 модельных параметров. Выполнено покомпонентное математическое описание следующих процессов и взаимодействий в трофической цепи водоема: Фитопланктон и цианобактерии Зоопланктон Амфиподы Бактерии серного цикла Криптомонас Детрит Биогенные элементы Кислород и сероводород

Выполнение целевых индикаторов и показателей Программы Количество публикации авторов- членов научного коллектива Учебные пособия – 1 Современные аппаратура и методы исследования биологических систем / под ред. Э.Дж.Сински и Т.Г. Воловой. – Красноярск: Сибирский федеральный университет, Институт биофизики СО РАН 2011 – 480 с. Тезисы – 4 Полученные за отчетный период главные результаты: в виде объектов учета единого реестра результатов научно-технической деятельности (РНТД) Анализ (обобщение, сбор данных) - соответствует мировому уровню Обеспечение (математическое, программное, методическое, информационное) - соответствует мировому уровню Закономерность (зависимость) - соответствует мировому уровню

Внедрение результатов проекта в образовательную деятельность Защищенные дипломные работы и проекты – 3 Бородина Ирина, Тарновский Максим, Гребенщикова Алина Учебные пособия – 1 Современные аппаратура и методы исследования биологических систем / под ред. Э.Дж.Сински и Т.Г. Воловой. – Красноярск: Сибирский федеральный университет, Институт биофизики СО РАН 2011 – 480 с. Курс практических занятий - 1 Лабораторный практикум - 1 Выполнение целевых индикаторов и показателей Программы

Награждение за результаты исследований Бородина Ирина за первое место в постерной сессии на Семинаре с международным участием «Биотехнология новых материалов и окружающая среда» и молодежной научной школе Тарновский Максим за второе место на постерной сессии на семинаре с международным участием «Биотехнология новых материалов и окружающая среда» и молодежной научной школе Гребенщикова Алина за третье место на постерной сессии на семинаре с международным участием «Биотехнология новых материалов и окружающая среда» и молодежной научной школе Выполнение целевых индикаторов и показателей Программы Участие в работе конференций 11-ая международная конференция по исследованию соленых озер (Аргентина, 9-14 мая) 2-ой международный научный семинар и молодежная школа-конференция «Биотехнология новых материалов и окружающая среда» (Красноярск, 2-7 июня)

Страница проекта на сайте Сибирского федерального университета Адрес страницы: Создана страница проекта включающая: Основную информацию о проекте Список исполнителей проекта и их резюме Видеоматериалы, иллюстрирующие работу по проекту Полезные ссылки и материалы в сети