Ледовыe сообществa Байкалa

C Т.В. Ходжер, Н.А. Бондаренко, О.И. Белых, Л.П. Голобокова, О.В. Артемьева, Н.Ф. Логачева, И.В. Тихонова, И.А. Теркина, Т.Я. Косторнова,В.В. Парфенова (Лимнологический институт СО РАН, Улан-Баторская, 3, Иркутск, 664033, Россия khodzher@lin.irk.ru). Химия льда и структура ледовых сообществ озера Байкал. Материалы XVIII Международной научной конференции (Школы) по морской геологии. Т.3, Москва, 16–20 ноября 2009 г.cc. 103-107 http://rogov.zwz.ru/Marine%20geology%202009_t_3.pdf

Cообщества морских льдов исследованы хорошо [1-2]. В пресных ледовых покровах, где жидкая фаза занимает большой объем, обнаружено сообщество, включающее бактерии, водоросли, жгутиковые и
инфузории [3]. Кроме сообществ, развивающихся в межкристаллической ледовой воде, обнаружены сообщества обрастаний нижней поверхности речного льда [4]. Для пресных вод известны работы по ледовым водорослям [5, 6, 7]. Hеожиданностью стало обнаружение в ледяном покрове ультрапресного озера Байкал криофильных сообществ [8-9].

Результаты.

Талая вода кернов, как и вода Байкала, гидрокарбонатно-кальциевaя. Преобладающиe ионы - HCO3 и Ca2+, концентрации которых достигали 25-35%-экв и выше. Величина рН, как и минерализация, была наиболее высокой (5.8-6.7) во всех кернах, отобранных в апреле, а низкой (5.4-5.9) – в марте на станции в 290 м от берега. В ледовой воде прибрежья в марте 2007 г., начиная со слоя 40-50 см, отмечено изменение класса вод на фоне снижения минерализации с гидрокарбонатного на нитратный с концентрацией этих ионов до 23-34%-экв. Минимальные концентрации биогенных элементов
(нитратов и фосфатов) в ледяном покрове литоральной зоны отмечены в марте (слой 25-40 см). В апреле в этом же слое отмечено повышение концентраций фосфатов, аммония и нитритов. В глубоководной части озера в марте 2007 г. в верхнем слое (0-10 см) воды относились к сульфатному классу, в более глубоких слоях керна (10-40 см) – гидрокарбонатному, в слое 40-65 см – нитратному. В марте 2008 г. ледовая вода была гидрокарбонатной, за исключением слоя 40-50 см, где на фоне минимальной минерализации воды (0.3 мг/л) класс вод изменился на сульфатный. Группа талых вод являлась смешанной натриево-кальциевой с большим долевым содержанием ионов калия, до 10%-экв.

Бактериальное сообщество льда представлено преимущественно
палочковидными и коккоидными клетками диаметром от 0.3 до 1.5 мкм, одиночными либо агрегированными в длинные тяжи и бесформенные агрегаты, а также найдены в составе пеллет ракообразных. В срединных слоях кернов обнаружены в большом количестве дрожжеподобные клетки и
мицелий актиномицетов. В 2007 г. общая численность бактерий в ледовых кернах прибрежья варьировала от 63 до 220 тыс. кл/мл, наибольшая концентрация выявлена в нижних слоях. Максимальная
биомасса (52.8 мг/м3) была на прибрежных станциях. В 2008 г. количественные показатели бактерий на прибрежных станциях были ниже, чем в предыдущем году, численность достигала 200 тыс. кл/мл, биомасса –48 мг/м3. Во льду глубоководного участка озера концентрация бактерий в 2007 г. изменялась от 17 до 220 тыс. кл/мл. Наибольшая численность отмечена в нижних слоях кернов: 212–220 тыс. кл/мл. Биомасса бактерий в ледовых кернах была высокой, до 53 мг/м3. В 2008 г. подобной картины в распределении бактерий в ледовых кернах глубоководной станции не обнаружено. Oбщая численность бактерий одинаковa во всех слоях и составляла 142-168 тыс. кл/мл. Биомасса бактерий была ниже (максимальная 41 мг/м3),чем в 2007 г.

Автотрофный пикопланктон. Мельчайшие фототрофные организмы представлены цианобактериями родов Synechococcus и Cyanobium, а также зелеными хлорококковыми водорослями. Среди первых отмечали палочковидные, эллипсоидные и коккоидные морфотипы размером 1.0-1.5 мкм, пиководоросли были сферической формы диаметром около 2 мкм. В большинстве проб доминировали колониальные цианобактерии и цианобактерии, выделенные из пеллет ракообразных. Разнообразие пикопланктонных цианобактерий во льду ниже, чем в планктоне озера Байкал. Клетки пикоцианобактерий в кернах жизнеспособны, что отчетливо наблюдалось по флуоресценции пигментов, и делились. Культивирование подтвердило наличие жизнеспособных цианобактерий и водорослей во льду. В верхнем слое кернов наблюдали, в основном, разрушенные клетки. На прибрежных станциях, численность пикопланктонных цианобактерий в 2007 г. варьировала от 0.7 тыс. до 43 тыс. кл/мл, максимум выявлен в
середине кернов (25-37 и 24-39 см). В глубоководной части озера концентрация была ниже на порядок - 0.9-4.9 тыс. кл/мл. Наибольшее количество пикопланктонных цианобактерий наблюдали в нижней части кернов (предпоследний исследуемый горизонт), здесь же выявлена и максимальная численность пиководорослей (1.2 тыс. кл/мл). В 2008 г. количество пикопланктонных цианобактерий и водорослей в кернах было ниже как на прибрежных, так на глубоководной станциях.

Ледовые водоросли. Состав и количественные характеристики микроводорослей в ледовых кернах менялись и по годам, и по акватории озера. Ледовые водоросли были представлены как планктонными формами, так и бентосными, значительные количества которых отмечены не только в
кернах прибрежья. Основными обитателями льда в 2007 году были диатомовые планктонные водоросли: Aulacoseira baicalensis, A.islandica,Synedra acus. Во всех пробах, особенно в верхних слоях кернов,
присутствовали разрушенные клетки водорослей, панцири диатомовых и динофитовых, а также чешуйки и шипы золотистых водорослей родов Mallomonas и Synura. В мартовских кернах максимальные концентрации водорослей в 2007 году отмечены на прибрежной станции, биомасса на этой станции была в 4 раза больше, чем на станции в 290 м от берега. Об интенсивном росте во льду прибрежной станции диатомовых и золотистых водорослей, имеющих кремнистые чешуйки, также свидетельствуют низкие
концентрации кремния во всех фракциях ледовой воды. На глубоководной станции количество водорослей значительно ниже, чем в прибрежье. В апреле, когда лед уже имел рыхлую структуру и был пропитан водой, во льду прибрежья значительно сократилось количество Synedra acus, «выпавшей» в толщу воды, но увеличилось количество динофитовых.

Общая численность водорослей осталась на том же уровне. В керне открытого озера присутствуют только диатомовые водоросли, наибольшая численность которых отмечена в приводной фракции. Общее количество водорослей снизилось в 2-3 раза. В марте 2008 году основным обитателем льда была планктонная диатомовая водоросль Cyclotella minuta. В апрельском керне отмечено значительное количество диатомовых Synedra acus, Stephanodiscus meyeri, Asterionella formosa, а также спор A. islandica.

Заключение

Полученные результаты показали, что ледовые водоросли – важные первичные продуценты не только в полярных океанах, но и в ультрапресном озере Байкал. Также как в морских и речных пресных льдах,
в ледовом покрове озера доминируют диатомовые водоросли. Обычные обитатели морских льдов и снежно-ледового покрова альпийских озер Европы динофлагелляты, представленные видами родов Gymnodinium и
Peridinium, а также криптомонады присутствовали и в байкальском льду. Ледовые бактерии и бесцветные жгутиковые обильны и в морских льдах, и во льду Байкала. Они реминерализуют органическое вещество, продуцируя материал для дальнейшей активной деятельности продуцентов.

Отмечено влияние ледовых обитателей на химический состав льда: максимальная численность водорослей наблюдалась в слоях с низкой минерализацией воды и минимальными величинами рН (5.4-5.9). В отдельных случаях наблюдалось изменение гидрокарбонатного класса ледовой воды на сульфатный или нитратный. В процессе жизнедеятельности ледовые низшие растения уменьшали на порядок (и более) концентрации фосфора и нитратов. Разрушение ледовых организмов способствовало повышению концентраций аммония и появлению нитритов.

1. Мельников И.А. Экосистема арктического дрейфующего льда // Биология Центрального Арктического бассейна. М.: Наука, 1980. С. 61–97.
2. Falk-Petersen S, Hop H., Budgell W.P. et al. Physical and ecological processes in the marginal ice zone of the northern Barents Sea during the summer melt period // J. of Marine Systems. 2000. V. 27. P.131-159.
3. Felip M., Sattler B., Psenner R., Catalan J. Highly active microbial communities in the ice and snow cover of high mountain lakes // Applied and environmental microbiology. 1995. V. 61, № 6. P. 2394-2401.
4. Юрьев Д.Н., Лебедев Ю.М. Развитие ледового перифитона р. Амур в связи со световым фактором // Ботанический журн. 1988. Т. 73, № 11. С. 1546-1551.
5. Шкундина Ф.Б. Подледные и ледовые сообщества водорослей //Гидробиол. журн. 1988. Т. 24, № 6. С. 15-18.
6. Frenette J-J., Thibeault P., Lapierre J-F., Hamilton P. Presense of algae in freshwater ice cover of fluvial Lac Saint-Pierre (St. Lawrence river, Canada) // J.Phycology. 2008. V. 44. P. 284-291.
7. Вотинцев К.К., Мещерякова А.И. Химический состав льда озера Байкал //ДАН СССР. 1961. Т.136, №5. С.1205-1208.
8. Оболкина Л.А., Бондаренко Н.А., Дорощенко Л.Ф. и др. О находке криофильного сообщества в озере Байкал // ДАН. 2000. Т. 371, № 6. С. 815-817.
9. Бордонский Г.С., Бондаренко Н.А., Оболкина Л.А., Тимошкин О.А. Ледовые сообщества Байкала // Природа. 2003. № 7. С. 22-24.
10. Киселёв И.А. Методы исследования планктона // Жизнь пресных вод.М.-Л., 1956. Т.4, ч. 1. С. 140-416.
11. Макарова И.В., Пичкилы Л.О. К некоторым вопросам методики вычисления биомассы фитопланктона // Ботанический журн. 1970. Т. 55, №10. С. 1488-1494.