Определение скорости роста и элиминации отдельных видов и популяций в сообществе фитопланктона бухты Севастопольская (Чёрное море)
Determination of the growth rate and elimination of certain phytoplankton species and populations in the Sevastopol Bay (Black Sea)
Determination of the growth rate and elimination of certain phytoplankton species and populations in the Sevastopol Bay (Black Sea)
Дата
2019
Авторы
Авторы (alternative)
Название журнала
Номер ISSN
Название тома
Издатель
Аннотация
Актуальность исследования определяется ключевой ролью фитопланктона в функционировании морских экосистем: одноклеточные водоросли образуют начальное трофическое звено в пищевой цепи, осуществляя первичную продукцию органического вещества в процессе фотосинтеза. Важными задачами являются определение значения скорости чистого (видимого) роста фитопланктона в целом и составляющих его элементов, включая популяции отдельных видов, и изучение возможности оценивать скорость их действительного роста и выедания на основе регулярных короткопериодных определений численности и биомассы фитопланктона в природных сообществах. Для решения данной задачи использованы как полученные ранее материалы подекадного мониторинга состояния фитопланктона в прибрежной зоне, так и результаты недавно проведённых экспериментов. Выполненные в течение 2007 г. подекадные определения в зоне устья б. Севастопольская включали измерения численности и биомассы фитопланктона, а также концентрации хлорофилла a с периодичностью в несколько суток, что позволило рассчитывать скорость чистого удельного роста биомассы (видимый рост, k) согласно её изменениям, фиксированным за этот период. Путём сопоставления численности отдельных видов в ближайших по времени определениях рассчитаны 29 значений скорости видимого роста для 9 массовых видов. Видимый рост, являясь разницей между действительным ростом и выеданием, может быть использован для определения этих величин. Закономерности, которые связывают значения скорости видимого и действительного роста клеток водорослей с их размерами, выявлены в экспериментах, проведённых по методу разбавления, изначально предназначенному для исследования суммарного фитопланктона, но адаптированному нами для определения функциональных параметров отдельных видов, что и позволило выявить связующие их закономерности. Используя найденные закономерности, мы получили 22 значения скорости роста µ и скорости выедания m для 7 массовых видов фитопланктона в зоне устья б. Севастопольская. Показано, что скорость роста отдельных видов фитопланктона, объём клеток которых составляет до 1000 мкм³, может достигать значений свыше 1 сут−1. Для водорослей, объём клеток которых превышает 1500 мкм³, значения µ приближаются к значениям k, а значения m ― к нулю. Для этой группы скорость действительного роста µ принимается равной скорости видимого роста k, а скорость выедания m ― равной нулю. В действительности в естественной популяции мелкие виды преимущественно выедаются в верхнем освещённом слое; крупные виды оседают на дно или в глубинные горизонты. Полученные нами сравнительно высокие значения k свидетельствуют, возможно, о низких значениях элиминации, в том числе о низкой выедаемости. По результатам эксперимента, при увеличении объёма клеток водорослей до 1600 мкм³ значения k возрастают до уровня значений µ, в то время как значения m падают до нуля. Это означает, что выеданию подвержены прежде всего популяции фитопланктона с мелкими клетками; виды с более крупными клетками не выедаются. Между тем с таким заключением не согласуются показатели скоростей видимого роста, измеренных in situ, которые включают как положительные, так и отрицательные значения для всех популяций независимо от размера клеток. Это противоречие объясняется тем, что в эксперименте отмирающие и оседающие на дно сосуда крупные клетки учитывают наравне с живыми, что скрывает эффект элиминации.
Аннотация (alternative)
The relevance of the study is determined by the key role of phytoplankton in the functioning of marine ecosystems, since unicellular algae carry out the primary production of organic matter in photosynthesis and form the first trophic link in the food chain. The tasks of the work are to determine the values of the net (apparent) growth rate of phytoplankton as a whole and of its constituent elements, including populations of certain species, and to study the possibility of estimating the rate of their actual growth and consumption based on regular short-period determinations of phytoplankton abundance and biomass in natural communities. For the determinations, we used both the previously obtained data of the decadal monitoring of the phytoplankton state in the coastal zone and the results of recent experiments. The decadal determinations performed during 2007 near the mouth of the Sevastopol Bay included measurements of phytoplankton abundance and biomass, as well as of chlorophyll a concentrations at intervals of several days, which made it possible to calculate the net specific biomass growth rate (apparent growth, k) according to its changes identified during this period. By comparing the abundance of certain species during short-period determinations, 29 values of the apparent growth were obtained for 9 mass species. The apparent growth, being the difference between actual growth and consumption, can be used to determine these values. Patterns linking the values of the apparent and actual growth of algae cells with their sizes were found in the experiments conducted by the dilution method. In our experiments, we adapted classical dilution method for the study of total phytoplankton to determine the functional parameters of certain species, which made it possible to find the linking patterns. Using the found patterns, we obtained 22 values of growth rate µ and consumption rate m for 7 mass phytoplankton species at the mouth of the Sevastopol Bay. Studies show that the growth rate of certain species of phytoplankton, whose cell volume is less then 1000 µm³, can reach values over 1 day⁻¹. For algae with the cell volume exceeding 1500 µm³, the values of µ approach the values of k, and the values of m approach zero. For this group, the actual growth rate µ is taken to be equal to the apparent growth rate k, and the rate of consumption m is taken to be zero. In fact, in the natural population, small species are predominantly consumed in the upper illuminated layer, while the larger ones sink to the bottom or into deep horizons. This means that primarily phytoplankton populations with small cells are consumed, while populations with larger cells are not consumed. However, this conclusion is not consistent with the rates of apparent growth measured in situ, which include both positive and negative values for all populations, regardless of cell size. This contradiction is explained by the fact, that in the experiment, large cells dying off and sinking to the bottom of the vessel are taken into account on a par with living cells, and it hides the effect of elimination.
Ключевые слова
фитопланктон, сообщество, популяция, удельный рост, элиминация, структура, экспозиция
Библиографическое описание
Чмыр В. Д., Ли Р. И., Сеничева М. И. Определение скорости роста и элиминации отдельных видов и популяций в сообществе фитопланктона бухты Севастопольская (Чёрное море) // Морской биологический журнал. - 2019. - Т. 4, № 3. - С. 81-94.