Исакова Н.А., Рогозин А.Г., Снитько Л.В.

Natalya A. Isakova, Aleksandr G. Rogozin, Larisa V. Snitko

Ильменский государственный заповедник ЮУ ФНЦ МиГ УрО РАН (Миасс, Россия)

УДК 561.26+574.5+504.4

Проведен анализ диатомовых комплексов из верхних осадков оз. Большое Миассово (Челябинская обл.). Изучен их видовой состав и термоиндикационные свойства. На их основе проведена реконструкция температурного режима озера за последнее тысячелетие. Установлено, что его существенное изменение началось примерно с середины XIX в. и связано с потеплением климата.

Ключевые слова: палеореконструкция; диатомовые комплексы; глобальное потепление.

В результате потепления климата умеренных широт, наблюдаемого в последние десятилетия, происходит трансформация гидрологического и теплового режимов водоемов и, как следствие, физико-химических параметров водной среды (Филатов, 1998; Rogora et al., 2003 и др.). Оценить направленность изменения характеристик озерных вод в эпоху неоседиментогенеза позволяют палеолимнологические исследования с привлечением диатомового анализа (Разумовский, Гололобова, 2008).

Несмотря на то, что диатомовые водоросли входят в число приоритетных биоиндикационных групп, до сих пор в отношении такого важного параметра водной среды как температура, экологические свойства видов получают часто только вербальную характеристику, например «теплолюбивый», «холодолюбивый» и т.п. Были предприняты попытки температурной биоиндикации на методической базе системы сапробности Кольквитца-Марссона и реконструкции температурного режима по диатомовым комплексам (Разумовский, 2008; Разумовский, Гололобова, 2008). Предложенный авторами метод основан на подходе Пантле-Букка, при котором не учитываются валентности и индикаторные веса видов, что в целом смещает результаты расчетов в сторону индифферентных видов и нейтральных условий среды (Шитиков и др., 2003). Кроме того, индикаторная значимость присваивалась видам в некоторой степени субъективно. Нами выбран аналогичный подход для создания термоиндикационной шкалы (Рогозин и др., 2015; Снитько и др., 2015), но на методической основе системы Зелинки-Марвана (поздняя модификации системы Пантле-Букка). Разработан способ измерения термоиндикаторных свойств видов планктона, включающий в себя определение термовалентности и индикаторного веса, составлен список видов-индикаторов температурных условий, по отношению к предпочитаемой температуре воды выделены группы стенотермных и эвритермных видов, а также криобионтов, криофилов, термофилов и термобионтов. Материалом для этого послужили 472 количественные пробы фитопланктона, собранные в период открытой воды 1998–2012 гг. на 52 водоемах Южного Урала и Зауральского пенеплена. Предложен термоиндекс сообщества (Т), позволяющий оценить термофильность сообщества и проследить ее динамику.

Цель работы – используя термоиндикаторные свойства диатомовых водорослей, характерных для водоемов Южного Урала, на основе расчета термоиндекса танатоценозов диатомовых водорослей провести реконструкцию температурного режима озера Большое Миассово на протяжении последнего тысячелетия.

Оз. Б. Миассово (55°09′8.99″ c.ш., 60°16′34.73″ в.д.) расположено на территории Ильменского государственного заповедника (г. Миасс, Челябинская обл.). Наиболее полная характеристика водоема дана в работе (Экология …, 2000).

Неконсолидированные слои (0–34 см) колонки донных отложений, использованные для анализа, отбирали стратометром (диаметр 34 мм) с интервалом 2 см (Дерягин, 2012). Возраст верхних девяти горизонтов керна (83 года) определен в лаборатории радиационного контроля Челябинского отделения филиала «Уральский территориальный округ» ФГУП «РосРАО» с помощью изотопного метода (²¹⁰Pb). Подгонка распределения с помощью открытого статистического программного обеспечения PAST 3.0 показала, что для экстраполяции датировки на нижние горизонты колонки наилучшим образом подходит экспоненциальная модель вида y=5,6703e^0,3321x, где у – возраст, лет, x – порядковый номер горизонта колонки, начиная с 1-го. Высокая степень соответствия модели данным датировки первых восьми горизонтов (R² =0,97; первый верхний горизонт не рассматривался ввиду его сильной обводненности) позволяет предполагать, что экспоненциальная зависимость хорошо отражает процесс обезвоживания и постепенного уплотнения осадков и дает возможность оценить их возраст, по крайней мере, до 17 горизонта (конец X в.). Диатомовый анализ донных отложений и подготовку проб к микроскопии проводили согласно методикам (Жузе и др., 1949; Глезер и др., 1974). Створки диатомей заключали в среду Эльяшева и идентифицировали при увеличении ×1000 (микроскоп Nikon Eclipse E600W) с учетом их систематического положения (Krammer, Lange-Bertalot, 1991; Khursevich, 2012). Количество створок диатомовых водорослей учитывали согласно методике (Давыдова, 1985; Общие закономерности…, 1986). Данные по термовалентностям диатомей взяты из работы (Снитько и др., 2015). Термоиндекс танатоценоза (Т) рассчитывали как средневзвешенную термовалентность планктонных видов в танатоценозе: Т = Σh_it_iJ_i/Σh_iJ_i, где h_i – плотность i-го вида, t_i – его термовалентность, J_i – его индикаторный вес.

В исследуемом керне прослеживается смена отдельных видов планктонных диатомей. Начиная с нижнего горизонта, можно выделить три диатомовых комплекса (DK), характеризующихся доминированием диатомей, принадлежащих к различным экологическим группам по отношению к температуре: DK1 – интервал 26–34 см (горизонты 13–17), DK2 – 22–26 см (горизонты 11–13), DK3 – 0–22 см (горизонты 1–11). Криофильный вид, доминирующий в DK1, Cyclotella distinguenda var. unipunctata (Hustedt) Håkansson et J.R.Carter, уступает позиции термофильному виду DK3 Stephanodiscus hantzschii Grunow. При этом комплекс DK2 характеризуется отсутствием доминантов, его можно считать переходной зоной, в которой наблюдается существенная «ломка» сложившегося комплекса DK1. Смена субдоминантов наблюдается позднее: постепенно снижается численность криобионта Handmannia comta (Ehrenberg) Kociolek et Khursevich и увеличивается у термофила Fragilaria crotonensis Kitton.

Палеореконструкция температурного режима оз. Б. Миассово, проведенная на основе показателей Т планктонных диатомей в танатоценозах, отражает динамику теплового режима озера с конца 900-х годов (что соответствует 17-му горизонту керна), которая наиболее показательна в реальных временных интервалах. Начинающийся рост Т отмечается с 1400-х годов. Это незначительное потепление водоема длилось ~140 лет, после чего фактически прекратилось. При этом низкие значения Т свидетельствуют о том, что озеро оставалось холодным. С середины XIX в. (~160 лет назад) начинается стремительный и все более резкий подьем Т (описывается степенной моделью вида y = 2,6878^-0,1582х, где y – термоиндекс, х – годы, начиная с 2012; R² = 0,93). Колебания Т в верхней части керна и сглаженность Т в его нижней части связаны, скорее всего, с постепенным обезвоживанием и уплотнением осадков; каждое значение Т в более дальней ретроспективе является неизбежным усреднением данных за все больший промежуток времени. За 600 лет Т вырос в 2,3 раза, причем за последние 160 лет – в 1,8 раза. Таким образом, в 1850-е годы произошло существенное изменение теплового режима озера. Это совпадает с моментом окончания «малого ледникового периода» на Ю. Урале (Русскин, 1986), а также с данными по некоторым озерам и рекам северного полушария (Magnuson et al., 2000). Климат становится значительно теплее, причем в очень короткий срок. Наиболее интенсивный рост тренда начинается с первой половины 1970-х годов (~40 лет назад), что считается отправной точкой современного этапа потепления климата.

Для достоверности экстраполяции оценок теплового режима на нижние горизонты отложений рассмотрено соответствие Т натурным показателям. В качестве последних использованы продолжительность периода ледостава (ППЛ) и максимальная годовая температура придонного слоя воды (ТПС). Наблюдения за ППЛ проводятся с 1974 г., за ТПС — с 1986 г. Поскольку каждый исследованный горизонт донных отложений соответствует нескольким годам, данные по ППЛ и ТПС соответственно усреднялись. Корреляция Спирмена, вычисленная между Т и ППЛ, составила –0,81 (значима на уровне <0,05), а между Т и ТПС –0,60 (значима на уровне <0,1). Это позволяет утверждать, что между Т и показателями теплового режима существует выраженная статистическая зависимость (Rogozin et al., 2017).

Таким образом, на основании температурной биоиндикации проведена реконструкция теплового режима озера Б. Миассово за последнее тысячелетие. Установлено, что его существенное изменение началось примерно с середины XIX в. и связано с потеплением климата. Термоиндекс танатоценозов диатомей дает вполне реальную картину ретроспективной динамики теплового режима водоема, однако такое положение не следует принимать безоговорочно, так как на палеосукцессию диатомовых комплексов может оказывать влияние множество факторов. Поэтому необходима верификация реконструкции температурного режима на других водоемах.

Работа выполнена в рамках Госзадания № 075-00836-19-01.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.

Список литературы

1. Глезер З.И., Жузе А.П., Макарова И.В., Прошкина-Лавренко А.И., Шешукова-Порецкая В.С. Диатомовые водоросли СССР (ископаемые и современные). Т. 1. – Л.: Наука, 1974. –– 403 с.
2. Давыдова Н.Н. Диатомовые водоросли – индикаторы природных условий водоемов в голоцене. – Л.: Наука, 1985. – 244 с.
3. Дерягин В.В. Рекогносцировочные исследования донных отложений озера Большое Миассово // Проблемы географии Урала и сопредельных территорий: материалы II Всерос. науч.-практ. конф. с международным участием (Челябинск, 22–25 мая 2012 г.). – Челябинск, 2012. – С.87–92.
4. Жузе А.П., Прошкина-Лавренко А.И., Шешукова В.С. Диатомовый анализ. – М.; Л.: Гос. изд-во геол. литературы, 1949. – 239с.
5. Общие закономерности возникновения и развития озер. Методы изучения истории озер. – Л.: Наука, 1986. – 254 с.
6. Разумовский Л.В. Реконструкция температурных циклов и сукцессионных изменений по диатомовым комплексам из донных осадков на примере Галичского озера // Водные ресурсы. 2008. Т.35, №5. С.598–608.
7. Разумовский Л.В., Гололобова М.А. Реконструкция температурного режима и сопряженных гидрологических параметров по диатомовым комплексам из озера Глубокого // Водные ресурсы. 2008. Т.35, №4. С.490–504.
8. Рогозин А.Г., Снитько Л.В., Тимошкин О.А. Термоиндикаторные свойства видов зоопланктона и их измерений // Водные ресурсы. 2015. Т.42, №1. С.85–91. DOI: https://doi.org/10.7868/S0321059615010125.
9. Русскин Г.А. Климатический фактор динамики и развития ландшафтов // Многолетние колебания гидрометеорологического режима Южного Урала. – Челябинск: ЧГПИ, 1986. – С.58–66.
10. Снитько Л.В., Рогозин А.Г., Тимошкин О.А. Термоиндикаторные свойства видов фитопланктона (на примере водоемов Южного Урала) // Биология внутренних вод. 2015. №2. С.1–10. DOI: https://doi.org/10.7868/S0320965215020126.
11. Филатов Н.Н. Колебания уровня крупных озер Европы и изменчивость климата // Доклады РАН. 1998. Т.359, №2. С.255–257.
12. Шитиков В.К., Розенберг Г.С., Зинченко Т.Д. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации. – Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. – 463с.
13. Экология озера Большое Миассово. – Миасс: ИГЗ УрО РАН, 2000. – 318с.
14. Khursevich G.K. A preliminary worldwide inventory of the extinct freshwater fossil diatoms from the orders Thalassiosirales, Stephanodiscales, Paraliales, Aulacoseirales, Melosirales, Coscinodiscales and Biddulphiales // Nova Hedwigia. 2012. Beih. 141. P. 315–364.
15. Krammer K., Lange-Bertalot H. Bacillariophyceae. Teil 3. Centrales, Fragilariaceae, Eunotiaceae. Süsswasserflora von Mitteleuropa. Bd 2/3. – Stuttgart; Jena: Gustav Fischer Verlag, 1991a. – 599 S.
16. Magnuson J.J., Robertson D.M., Benson B.J. Historical trends in lake and river ice cover in the Northern Hemisphere // Science. 2000. V.289. P. 1743–1746. DOI: https://doi.org/10.1126/science.289.5485.1743.
17. Rogora M., Mosello R., Arisci S. The effect of climate warming on the hydrochemistry of alpine lakes // Water, Air & Soil Pollution. 2003. V.148, №1–4. P. 347–361.
18. Rogozin A.G., Isakova N.A., Snitko L.V. Retrospective of diatom diversity dynamics in thanatocenoses under climate change // Inland Water Biology. 2017. V.10, №2. P.153–157. DOI: https://doi.org/10/1134/S1995082917020122.

Статья поступила в редакцию 1.06.2019
Статья принята к публикации 21.07.2019

Об авторах

Исакова Наталья Александровна – Natalya A. Isakova

кандидат биологических наук
научный сотрудник, Ильменский государственный заповедник ЮУ ФНЦ МиГ УрО РАН, Миасс, Россия (Ilmeny State Reserve SU FRC MG UB RAS, Miass, Russia), Биологический отдел

isakova_70@mail.ru

Рогозин Александр Генрихович – Aleksandr G. Rogozin

кандидат биологических наук
старший научный сотрудник, Ильменский государственный заповедник ЮУ ФНЦ МиГ УрО РАН, Миасс, Россия (Ilmeny State Reserve SU FRC MG UB RAS, Miass, Russia), Биологический отдел

rogozin57@gmail.ru

Снитько Лариса Вячеславовна – Larisa V. Snitko

кандидат биологических наук
старший научный сотрудник, Ильменский государственный заповедник ЮУ ФНЦ МиГ УрО РАН, Миасс, Россия (Ilmeny State Reserve SU FRC MG UB RAS, Miass, Russia), Биологический отдел

lvs223@yandex.ru

Корреспондентский адрес: Россия, 456317, Челябинская область, г. Миасс, территория Ильменский заповедник. Телефон (351)591-848.

ССЫЛКА:

Исакова Н.А., Рогозин А.Г., Снитько Л.В. Реконструкция температурного режима озера Большое Миассово на основе региональных термоиндикаторных характеристик диатомовых водорослей (Южный Урал) // Вопросы современной альгологии. 2019. № 2 (20). С. 210–214. URL: http://algology.ru/1528

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2019-2(20)-210-214

При перепечатке ссылка на сайт обязательна

Reconstruction of the temperature regime of Bol’shoe Miassovo Lake on the basis of regional diatoms termoindication properties

Natalya A. Isakova, Aleksandr G. Rogozin, Larisa V. Snitko

Ilmeny State Reserve SU FRC MG UB RAS (Miass, Russia)

Diatom assemblages from the top levels of botton sediments in Lake Bol’shoe Miassovo (Southern Urals) has been studied. On the basis of species composition and termoindication properties of algae a reconstruction of the thermal regime of the lake for the last 1000 years is made. It is established that its significant change was caused by rapid climate warming that began in the 19th century in the Southern Urals.

Key words: paleoreconstruction; diatom assemblages; global warming.

References

1. Davydova N.N. Diatomovye vodorosli – indikatory prirodnyh usloviy vodoemov v golotsene [Diatoms as indicators of natural conditions of reservoirs in holocene]. Nauka, Leningrad, 1985. 244 p. (In Russ.)
2. Deriagin V.V. Rekognostsirovochnye issledovaniya donnykh otlozheniy ozera Bolshoe Miassovo. Problemy geografii Urala i sopredelnykh territoriy [Problems of the Urals geography and adjacent lands]: Proceedings of Russian (Intern.) conference (Chelyabinsk, 22–25 May 2012). Chelyabinsk, 2012. P. 87–92. (In Russ.)
3. Ehkologiya ozera Bolshoe Miassovo [Ecology of the lake Bolshoe Miassovo]. IGZ UrO RAN, Miass, 2000. 318 p. (In Russ.)
4. Filatov N.N. Fluctuations in the levels of large lakes in Europe and climate variability. Doklady Earth Sciences. 1998. V.359, №2. P. 323–325.
5. Glezer Z.I., Zhuze A.P., Makarova I.V., Proshkina-Lavrenko A.I., Sheshukova-Poretskaya V.S. Diatomovye vodorosli SSSR (iskopaemye i sovremennye) [Diatoms of the USSR (Fossil and modern).]. V.1. Nauka, Leningrad, 1974. 403 p. (In Russ.)
6. Khursevich G.K. A preliminary worldwide inventory of the extinct freshwater fossil diatoms from the orders Thalassiosirales, Stephanodiscales, Paraliales, Aulacoseirales, Melosirales, Coscinodiscales and Biddulphiales. Nova Hedwigia. 2012. Beih. 141. P. 315–364.
7. Krammer K., Lange-Bertalot H. Bacillariophyceae. Teil 3. Centrales, Fragilariaceae, Eunotiaceae. Süsswasserflora von Mitteleuropa. Bd 2/3. Gustav Fischer Verlag, Stuttgart; Jena, 1991a. 599S.
8. Magnuson J.J., Robertson D.M., Benson B.J. Historical trends in lake and river ice cover in the Northern Hemisphere Science. 2000. V.289. P. 1743–1746. DOI: https://doi.org/10.1126/science.289.5485.1743.
9. Obshchie zakonomernosti vozniknoveniya i razvitiya ozer. Metody izucheniya istorii ozer [General patterns of occurrence and evolution of lakes. Methods of lake history research]. Nauka, Leningrad, 1986. 254 p. (In Russ.).
10. Razumovskii L.V. Reconstruction of temperature cycles and succession changes by diatomic complex from bottom sediments: case study of lake Galichskoe. Water Resources. 2008. V.35, №5. P. 570–582. DOI: https://doi.org/10.1134/S0097807808050084.
11. Razumovskii L.V., Gololobova M.A. Reconstruction of temperature regime and the hydrologic parameters associated with it by using data on diatomic complexes from lake Glubokoe. Water Resources. 2008. V.35, №4. P. 469–482. DOI: https://doi.org/10.1134/S0097807808040106.
12. Rogora M., Mosello R., Arisci S. The effect of climate warming on the hydrochemistry of alpine lakes. Water, Air & Soil Pollut. 2003. V.148, №1–4. P. 347–361. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1025489215491.
13. Rogozin A.G., Isakova N.A., Snitko L.V. Retrospective of Diatom Diversity Dynamics in Thanatocenoses under Climate Change. Inland Water Biology. 2017. V.10, №2. P. 153–157. DOI: https://doi.org/10/1134/S1995082917020122.
14. Rogozin A.G., Snitko L.V., Timoshkin O.A. Thermoindicator properties of zooplankton spesies and their measurements. Water Resources. 2014. V.42, №1. P. 91–97. DOI: https://doi.org/10.7868/S0321059615010125.
15. Russkin G.A. Klimaticheskiy factor dinamiki i razvitiya landshaftov. Mnogoletnie kolebaniya gidrometeorologicheskogo rezhima Yuzhnogo Urala [Long-term dynamics of hydrometeorological regime in the Southern Urals]. CHGPI, Chelyabinsk, 1986. P. 58–66. (In Russ.)
16. Snitko L.V., Rogozin A.G., Timoshkin O.A. Thermoindicator properties of pytoplankton spesies (By the example of waterbodies of the Southern Urals). Inland Water Biology. 2015. V.8, №2. P. 147–156. DOI: https://doi.org/10.7868/S0320965215020126.
17. Shitikov V.K., Rozenberg G.S., Zinchenko T.D. Kolichestvennaya gidroehkologiya: metody sistemnoy identifikatsii [Quantitative hydroecogy: methods of system identification]. IEHVB RAN, Tolyatti, 2003. 463 p. (In Russ.)
18. Zhuze A.P., Proshkina-Lavrenko A.I., Sheshukova V.S. Diatomoviy analiz [Diatom analysis]. Gosudarstvennoe izdatelstvo geologicheskoy literatury, Moscow, Leningrad, 1949. 239 p. (In Russ.)

Authors

Isakova Natalya A.

eLIBRARY Author ID – 616098.

Ilmeny State Reserve SU FRC MG UB RAS, Miass, Russia

isakova_70@mail.ru

Rogozin Aleksandr G.

eLIBRARY Author ID – 119228.

Ilmeny State Reserve SU FRC MG UB RAS, Miass, Russia

rogozin57@gmail.ru

Snitko Larisa V.

eLIBRARY Author ID – 119232.

Ilmeny State Reserve SU FRC MG UB RAS, Miass, Russia

lvs223@yandex.ru

ARTICLE LINK:

Isakova N.A., Rogozin A.G., Snitko L.V. Reconstruction of the temperature regime of Bol’shoe Miassovo Lake on the basis of regional diatoms termoindication properties. Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2019. № 2 (20). С. 210–214. URL: http://algology.ru/1528

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2019-2(20)-210-214

When reprinting a link to the site is required

На ГЛАВНУЮ

Карта сайта

КОНТАКТЫ

Email: info@algology.ru

Изготовление интернет сайта
5Dmedia

ЛИЦЕНЗИЯ

Эл N ФС 77-22222 от 01 ноября 2005г.

ISSN 2311-0147