ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА И НЕСИНХРОННЫЕ ВЕРТИКАЛЬНЫЕ МИГРАЦИИ ЗООПЛАНКТОНА В СТРАТИФИЦИРОВАННОМ МЕРОМИКТИЧЕСКОМ ОЗЕРЕ

Стратификация физических, химических и биологических параметров в средних и глубоких водоемах умеренной климатической зоны характерно для летнего периода. Вертикальные неоднородности часто являются ключевым фактором, определяющим устойчивое состояние экосистемы, ее биоразнообразие и качество воды. Однако в научной литературе нет исчерпывающих сведений о механизмах формирования вертикальных неоднородностей, а также роли различных аспектов стратификации в функционировании водной экосистемы.
На основе изученной литературы (Богоров, 1946; Жадин, 1960; Киселев, 1980; Kessler, 2004; Lampert, 2005; Ringelberg, 2010 и др.) нами выделены следующие проблемы в предметной области работы:
– неизвестны механизмы формирования неоднородного распределения гидробионтов, в частности, относительный вклад физико-химических и биологических факторов в формирование и поддержание неоднородностей;
– неизвестна относительная роль активных индивидуальных перемещений гидробионтов в формировании их вертикального распределения;
– не разработаны адекватные методы анализа вертикального распределения гидробионтов, различающихся по размерам и подвижности, позволяющие оценивать их вертикальное распределение с заданной точностью;
Наиболее перспективными для исследования механизмов формирования вертикальных неоднородностей живых организмов в водных экосистемах, а также функционирования трофической сети в условиях стратифицированного распределения физико-химических факторов среды являются меромиктические озера. Уникальность этих озер заключается в отсутствии полной циркуляции воды между слоями с различной минерализацией. Более минерализованная и плотная вода придонного слоя на долгие годы исключена из газового обмена, что приводит к формированию аноксигенных условий. На границе между перемешиваемой и не перемешиваемой частями озера возникает хемоклин – резкий скачок физико-химических свойств среды. В этой зоне меняется
5
соленость, концентрация кислорода, биогенных элементов и др. Однако хемоклин является не единственной градиентной зоной в меромиктических озерах. Если водоем достаточно глубокий, то очень часто в таком озере в летнее время может наблюдаться температурная стратификация. При этом зона резкого падения температуры может располагаться существенно выше хемоклина, образуя термоклин. Таким образом, в меромиктическом озере благодаря стратифицированному распределению температуры и солености могут формироваться несколько гидродинамически изолированных зон обитания.
Устойчивые пространственные гетерогенности в меромиктических озерах создают особые условия для формирования биологического сообщества и биогеохимического круговорота веществ. Ключевым отличием озер данного типа от других водоемов является наличие постоянного анаэробного слоя водной толщи – монимолимниона, в котором развивается сульфидогенная микрофлора, представленная в основном сульфатредуцирующими бактериями.
Необходимо отметить, что в подобных экосистемах структура трофических цепей может существенно отличаться от таковой в классических озерных экосистемах (фитопланктон-зоопланктон-рыбы). Не редко третий трофический уровень – рыбы, в меромиктических соленых озерах может отсутствовать.
Безусловно, подобные водные объекты встречаются не очень часто, однако меромиктические озера представляют собой прекрасные модельные экосистемы, позволяющие проводить фундаментальные биологические исследования.
Целью данной работы является изучение пространственной структуры и несинхронных вертикальных миграций зоопланктона в условиях температурной и пищевой стратификации водной толщи, на основе полевых и лабораторных экспериментов.
Задачи исследования:
1. Оценить интенсивность индивидуальных миграций планктонного ракообразного Arctodiaptomus salinus (Daday) и определить влияние градиента

6
температуры и концентрации фитопланктона на вертикальное распределение этого рачка в контролируемых лабораторных условиях.
2. Изучить сезонную динамику вертикального распределения зоопланктона в меромиктическом водоеме (оз. Шира)
3. Исследовать влияние бокоплава Gammarus lacustris на вертикальное распределение Arctodiaptomus salinus в полевых экспериментах с использованием «выделенных объемов».
4. Оценить вертикальное распределение Gammarus lacustris в пелагиали озера в период летней стратификации при помощи системы видеонаблюдения.
5. Изучить различия в содержании C, N, P и жирных кислот в биомассе мигрирующих и немигрирующих групп Arctodiaptomus salinus в полевых экспериментах в озере Шира, используя метод «выделенных объемов».
Научная новизна:
Впервые в полевых экспериментах по изучению пространственной структуры зоопланктона в стратифицированном водоеме выявлено, что индивидуальные вертикальные миграции зоопланктона связаны с его физиологическим состоянием, а именно, с относительным содержанием в организме биогенных элементов углерода, азота, фосфора и жирных кислот.
Разработана и апробирована система лазерной видеодетекции вертикального распределения зоопланктона непосредственно в водоеме, которая позволяет определять точную глубину нахождения животных, подсчитывать их количество и определять размер.
Получен и проанализирован массив данных вертикального распределения Arctodiaptomus salinus в оз. Шира с 2007 по 2011гг. Показано, что наибольшая вариабельность численности науплиусов, копеподитов и взрослых стадий определяется фактором температуры.
Практическая значимость:
Полученные результаты вносят существенный вклад в понимание роли миграционной активности зоопланктона в функционировании экосистемы

7
меромиктического водоема, что может быть использовано в разработке прогнозных математических моделей водных экосистем. Результаты работы могут быть использованы в лекционных курсах: «Методы исследования водных экосистем», «Общая гидробиология» по специальности гидробиология высших учебных заведений. Разработанная подводная видео система может быть использована для экологического мониторинга окружающей среды.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Пространственное разделение температурного и трофического факторов в стратифицированной среде, включая искусственные микроэкосистемы, способствует возникновению несинхронных вертикальных миграций зоопланктонных организмов, направленных на оптимизацию их роста и питания.
2. Индивидуальные миграции копепод Arctodiaptomus salinus в меромиктическом озере Шира определяются различным физиологическим состоянием особей в зонах эпилимниона и гиполимниона, которое может быть выражено в биохимических показателях: стехиометрическим соотношением С:N:P и содержанием жирных кислот в теле рачка.
3. В исследованном стратифицированном меромиктическом озере Шира ведущим фактором, определяющим вертикальное распределение как Arctodiaptomus salinus , так и Gammarus lacustris, является температура.
Автор выражает искреннюю благодарность своему руководителю с.н.с. к.б.н. А. П. Толомееву за научное руководство; проф., д.б.н. В. И. Колмакову, в.н.с., д.б.н. О. П. Дубовской за ценные замечания при написании работы; в.н.с., к.б.н. Е. С. Задерееву за помощь в овладении навыками научной работы на всех ее стадиях. Автор признателен сотрудникам лаборатории аналитической химии и лаборатории экспериментальной гидроэкологии ИБФ СО РАН за помощь в биохимической обработке данных.