Гидробиологический мониторинг Красноярского водохранилища, 2011 г.

Экспедиционный отряд отдела вычислительной физики ИВМ СО РАН выполнял полевые работы в средней части Красноярского водохранилища по экспедиционному гранту СО РАН (Постановление Президиума СО РАН от 07.04.2011 г. № 138, Приложение 2).

Продолжительность работ: с 11.07.11 г. по 20.07.11 г.

Штатные сотрудники экспедиционного отряда: Апонасенко А. Д., Макарская Г. В., Постникова П. В.

В период экспедиционных работ на Красноярском водохранилище выполнен сбор первичных данных по исследованию бактерио- и фитопланктона. Обследованы заливы Кома, Змеевка, Куртак, Сисим,Убей, Даурский, Дербина, Подкижачи, Вознесенка, Караульный, Вагонуль и акватория водохранилища. Исследовалось содержание бактерио- и фитопланктона, фотосинтетическая активность фитопланктона, концентрация хлорофилла фитопланктона по его флуоресценции, содержание растворенного органического вещества по его флуоресценции и по спектрам поглощения света, содержание взвешенного вещества по рассеянию света. Отобрано и зафиксировано для последующей обработки в лабораторных условиях 15 проб фитопланктона и 15 проб бактериопланктона.

Проведены исследования морфометрических характеристик и состояния системы иммуногенеза наиболее распространенных видов ихтиофауны (окунь, лещ, плотва). Обследовано 106 особей, каждая из которых охарактеризована по 8 параметрам, включающим численность лейкоцитов и эритроцитов, содержание гемоглобина, функциональную активность фагоцитирующих клеток крови по данным хемилюминесцентного анализа, возраст, половая принадлежность, вес, размеры тела. Исследования проведены после нереста при среднелетних температурных условиях (17-19°С) водной среды, и среднем уровне наполнения водохранилища.

По данным экспедиционных исследований за 2000–2011 годы сформирована база данных хемилюминесцентного анализа состояния иммунного статуса рыб Красноярского водохранилища, включающая характеристики 4096 представителей ихтиофауны разных видов.

Отчет

Одним из важнейших организмов в водоемах является фитопланктон (ФП), преобразующий неорганические вещества в органические за счет усвоения солнечной энергии. Пристальное внимание к ФП объясняется его способностью глубоко влиять на экологический режим среды обитания, а в конечном счете и на глобальную экологию. Являясь основным источником питания зоопланктона, ФП представляет важнейшее звено в трофической цепи водоемов. Классические гидробиологические методы оценки биомассы фитопланктона инерционны и трудоемки. Оперативная оценка биомассы фитопланктона по содержанию хлорофилла в клетках может давать ошибку до двух порядков величин.

Из анализа данных, полученных в экспедициях по Красноярскому водохранилищу за 2000–2011 годы найдена взаимосвязь между биомассой фитопланктона (В) и средним объемом его клеток (V) (рис. 1). Уравнение связи: В=0.0006V${}^{1.03}$ при коэффициенте корреляции r=0.74 и энтропийном значении относительной приведенной погрешности $\gamma$=$\pm$39%.

Модель связи величин общей биомассы фитопланктона со средним размером его клеток и показателем рассеяния света выражается уравнением

\[B{}_{м}=1,33\sigma R/K(\Delta),\]

где $\sigma$=N$\pi$R${}^{2}$K($\Delta$) — общий показатель рассеяния света в области углов от 0 до 10 градусов, R — средний радиус клеток, $K(\Delta)=2-4sin\Delta/\Delta+4(1-cos\Delta)/\Delta{}^{2}$ — фактор эффективности рассеяния (поперечник рассеяния), $\Delta=2\rho(m-1)=4\pi Rm{}_{o}(m-1)/\lambda$ — комбинированный параметр, имеющий физический смысл фазового сдвига электромагнитной волны при ее прохождении по диаметру сферической частицы; m${}_{o}$ — показатель преломления среды; m — показатель преломления вещества частиц, $\lambda$ — длина волны света.

Рис.1. Зависимость величины биомассы фитопланктона от среднего объема его клеток

Практически величина биомассы зависит только от $\sigma$, поскольку V (или R) также можно определить по волновому экспоненту (рис. 2), определяемому экспериментально из спектра рассеяния света $\sigma$($\lambda$) как тангенс угла наклона построения lg $\sigma$ $\textit{vs}$ lg $\lambda$ или как производная

\[n=-d\ lg\ \sigma /d\ lg\ \lambda\]

Рис. 2. Зависимость среднего объема клеток фитопланктона от волнового экспонента

Модель позволяет проводить экспрессную оценку (непосредственно в полевых условиях) величины биомассы фитопланктона с точностью не хуже точности альгологических методов.