Статья: Влияние промысла цист артемии на экосистему гипергалинного озера

Влияние промысла цист артемии на экосистему гипергалинного озера

Л.И. Литвиненко, А.И. Литвиненко, Е.Г. Бойко, К.В. Куцанов, М.А. Корентович

The Effects of Artemia Cyst Harvesting on the Salt Lake Ecosystem. Liudmila I. Litvinenko, Aleksander I. Litvinenko, Elena G. Boyko, Kirill V. Kutsanov and Marina A. Korentovich. Tyumen Branch of FSBSI “VNIRO” (“Gosrybcentr”)

Abstract. In Russia, the main stocks of Artemia cysts and cyst harvesting activities are concentrated in Western Siberia. About 1,100 tons of cysts are harvested annually, including 180 tons in the Kurgan Region and 140 tons from Medvezhye Lake (about 2 % of their world harvest). The purpose of this study was to determine the degree of influence of Artemia cyst harvesting on the ecosystem of a salt lake in a case study of Medvezhye Lake. The main trophic components of the ecosystem - phytoplankton, zooplankton, and zoobenthos - were analyzed. The salinity of the brine of Medvezhye Lake varied between 110 and 320 g/dm3 in different years. Phytoplankton in the lake function throughout the year. They are characterized by small cell sizes, low biomass (0.76±0.24 mg/L) and daily production (1.03±0.18 mgO2/L or 0.3±0.05 gC/m2), and high levels of A/B and P/B coefficients. Zooplankton and zoobenthos are represented mainly by Artemia. The biomass of Artemia shrimp reached 21.9±3.2 mg/L (219 kg/ha) on average during 1995-2018. During this period, the stock of cysts formed annually in the lake was 114.5±14.3 kg/ha; the harvest was 23.7±3.0 kg/ha (21 % of the stock). The main components of the ecosystem - phytoplankton - Artemia shrimp - Artemia cysts - were produced annually in the following proportions: 8390:2678:115 kg/ha-year (75:24:1 %). The removal of 23.7 kg/ha of the cysts (0.22 % of the production of all components) from the lake is negligible compared to the other components of the ecosystem. The residual density of cysts after harvesting, which is necessary for the reproduction of the Artemia population for the next season during the 1st generation, is 10 kg/ha. Averaged data indicate that the amount of Artemia cysts left in the ecosystem of Medvezhye Lake after cyst harvesting is 91 kg/ha, i.e. 9 times greater than the minimum required density. The results reported in the present study indicate that the current level of cyst harvesting cannot have any significant impact on the ecosystem of the hypersaline lake.

Keywords: Artemia, cysts, brine shrimp, phytoplankton, harvest, salt lakes.

Введение

Проблема комплексного устойчивого использования водных ресурсов, в том числе ресурсов гипергалинных водоемов (минеральные соли, лечебные грязи, цисты и рачки артемии, рекреация), актуальна во всем мире (Озеро Медвежье, 2001; Leonova et al., 2007; Belovsky et al., 2011; Оборин и др., 2012; Курочкин и др., 2014 и др.). Основной представитель фауны таких водоемов - жаброногий рачок артемия, приспособившийся к жизни в экстремальных условиях, относится к ценным видам биоресурсов. Цисты этого рачка являются наиболее востребованными для получения стартовых живых кормов для личинок рыб и ракообразных (Чепуркина и др., 2014; Ковачева и др., 2019 и др.).

Согласно официальной статистике, в России ежегодно добывается около 1100 т сырой массы цист, из них в оз. Медвежье в среднем около 140 т, что составляет 2 % от мирового промысла (Litvinenko et al., 2015; Литвиненко и др., 2019).

Организация такого крупномасштабного промысла цист артемии предполагает проведение как комплексных исследований процессов, протекающих в экосистеме озера, так и всесторонней оценки возможных последствий.

Целью исследования было определить степень влияния промысла цист на экосистему гипергалинного озера на примере наиболее изученного оз. Медвежье.

Материал и методы исследований

гипергалинный водоем артемия фитопланктон

Исследования проведены на оз. Медвежье (55°20'с.ш., 68°01'в.д.) в 1995-2018 гг. с периодичностью 2-5 экспедиций в год. В 2000-2003 гг. осуществляли круглогодичный мониторинг, при этом частота съемок увеличилась до 7-18 в год. Всего 104 съемки. Видовой и количественный составы фитопланктона были исследованы в 2000-2006 гг. Эксперименты по определению первичной продукции проведены в 2000-2001 гг., результаты которых были опубликованы в печати (Литвиненко и др., 2009). Продукция рачков и цист рассчитана для сезонов 2001-2003 гг.

Озеро Медвежье расположено в Тобол- Ишимском междуречье, в полосе южной лесостепи степной зоны, лесостепной подзоны. Для местности характерна резкая континентальность с преобладанием испаряемости над поступлением осадков.

Озеро состоит из двух частей: Большое Медвежье площадью 38,3 км2 и Малое Медвежье площадью 18,1 км2, соединенных протокой шириной около 100 м и длиной 1 км, которая в засушливые годы пересыхает (рис. 1). Глубина озера в большинстве мест не превышает 1-1,5 м. В наиболее засушливые годы (2010-2012 гг.) средняя глубина озера составляла 0,4-0,5 м. Дно ровное, плоское, покрытое сильноминерализованными среднесульфид- ными материковыми иловыми грязями, мощностью до 60-70 см (Курочкин и др., 2014). С 1925 г. на озере проводится организованное санаторно-курортное лечение, с 2014 г. - добыча лечебных грязей (Озеро Медвежье, 2001; Курочкин и др., 2014).

Рис. 1. Озеро Медвежье со станциями отбора проб (Яндекс-карты)

Мониторинг включал исследования температуры и прозрачности воды, растворенного кислорода, отбор проб воды, фитопланктона, зоопланктона и зообентоса. Пробы на химический анализ воды объемом 1,5 л отбирали с глубины 30 см. Обработка проб проводилась в стационарной аккредитованной лаборатории (аттестат № ROCC RU 0001511311) согласно (Руководство по химическому анализу..., 1977; Алекин и др., 1973). Соленость воды определяли в полевых условиях при помощи рефрактометра, в лабораторных - по аттестованной методике (РД 52.24.514-2002).

Пробы фитопланктона объемом 1,5-2,0 л концентрировали методом отстаивания до 10 мл. Сбор и обработку проб проводили по общепринятым методикам (Лаврентьева, Бульон, 1981) с использованием микроскопа Микмед-2 (Россия) в камерах Горяева и Фукса-Розенталя.

Интенсивность фотосинтеза фитопланктона изучали с использованием экспозиции кислородных склянок в озере в течение суток (Винберг, 1960; Бульон, 1983). Продукционные коэффициенты фитопланктона рассчитаны с учетом того, что эффективная продукция составляет 80 % от валовой, при переводных коэффициентах: 0,3 мгС/мгО2 и 3,38 кал/мгО2 (Винберг, 1970; Бульон, 1983). Калорийность фитопланктона была принята в зависимости от видового состава фитопланктона и находилась в пределах от 0,6 до 1,0 кал/мг. Наименьшую величину калорийности (0,6 кал/мг сырого вещества) использовали в расчетах, если биомасса диатомовых водорослей составляла 100 % общей. Наибольшую калорийность (1 кал/мг сырого вещества) брали при удельной массе диатомовых менее 40 %. При 85, 70, 55 % содержания диатомей от общей биомассы калорийность принимали соответственно 0,7, 0,8 и 0,9 кал/мг сырого вещества (Михеева, 1970; Терешенкова, 1983). При расчете годовой продукции фитопланктона были использованы среднесезонные показатели валовой продукции, измеренной скляночным способом.

Отбор проб зоопланктона проводили на 10-18 станциях фильтрованием 50 л воды через планктонную сеть Апштейна (размер ячеи 140 мкм). Пробы фиксировали четырехпроцентным раствором формалина. При камеральной обработке рачков просчитывали в камере Богорова под бинокуляром МБС-10 (Россия), оборудованным окуляр-микроме- тром, разделяя по возрастным группам: цисты, науплиусы, метанауплиусы, ювенильные, предвзрослые, взрослые особи (самцы, самки с цистами и без цист). Численность цист и науплиусов просчитывали в 5-10 мл пробы в 2-3 повторностях с последующим пересчетом на весь объем пробы. Взрослых особей просчитывали в чашках Петри полностью во всей пробе. Индивидуальную массу взрослых рачков определяли прямым взвешиванием на торсионных весах ВТ-500 (Россия). Данные об индивидуальной массе на- уплиусов взяты из литературных источников (Хмелева, 1968).

Пробы бентоса отбирали при помощи дночерпателя с площадью захвата грунта 0,01 м2. Для отмывки пробы от грунта использовали мешок из капронового сита (размер ячеи 160 мкм). Крупные организмы просчитывали и взвешивали по всей пробе. При камеральной обработке объем пробы доводили до 200-500 мл (в зависимости от количества пробы). Численность цист подсчитывали в 2-10 мл в трех повторностях в камере Богоро- ва под бинокуляром МБС-10.

Общие запасы цист артемии определяли по методике, разработанной ФГБНУ «Госрыбцентр» (Литвиненко и др., 2002). В расчет взяты цисты, находящиеся в планктоне, бентосе, овисаках самок и береговых выбросах. Методы расчета подробно представлены в предыдущих публикациях (Van Stappen et al., 2009; Литвиненко и др., 2009; Litvinenko et al., 2015; 2016).

Средняя продолжительность сезона развития рачков артемии, на основе собственных мониторинговых данных, принята за 180 сут (в период 15 апреля - 15 октября).

Статистическую обработку данных проводили по Г.Ф. Лакину (1990). При анализе использовали среднюю величину (M), ошибку средней величины (m), величину коэффициента вариации (Ст), стандартное отклонение (SD), коэффициент корреляции (r), выборку (n). Расчет всех числовых показателей произведен в программе Microsoft Excel.

Результаты

Абиотические условия в водоеме

Соленость рапы озера в исследованные годы менялась от 110 до 320 г/дм3 (рис. 2) и зависела от водности года. Основу минерального состава воды составлял хлорид натрия (72-82 % от суммы ионов). Содержание сульфатов в течение сезона колебалось от 1,7 до 25,5 %. Доля их меньше всего в зимнее время (1,7-8,8 %) за счет осаждения мирабилита и самая высокая в апреле - мае (13,3-25,5 %).

Доля основных ионов рапы в озере по среднемноголетним данным представлена на рис. 3.

Рис. 2. Многолетняя динамика солености воды в оз. Медвежье

Рис. 3. Химический состав рапы оз. Медвежье

Среда воды нейтральная и слабощелочная. Перманганатная окисляемость высокая (12,0-92,4 мгО/л). БПК5 в пределах 1,44,1 мгО2/л. Вода жесткая (360-1400 мг-экв/л).

Из-за высокой плотности воды содержание кислорода, как правило, не превышало 6,0 мгО2/л. При высокой температуре его концентрация опускалась до 0 мгО2/л, что приводило к массовой гибели рачков артемии. В 2000 г. такая ситуация регистрировалась во многих водоемах Курганской области (Озеро Медвежье, 2001).

Благодаря мелководности (среднегодовая глубина в пределах 40-150 см) в озере наблюдается гомотермия. В годовой динамике температуры были выявлены следующие закономерности:

- в течение года амплитуда колебаний температуры составляла 43-48 °С;

- максимальная летняя температура 36-38 °С, минимальная, равная минус 13 °С, а по литературным данным, и до минус 19 °С (Озеро Медвежье, 2001) наблюдалась в январе - феврале;

- прогрев рапы до 5 °С и выше (сопровождаемый вылуплением науплиусов из перезимовавших цист) зафиксирован в середине апреля, снижение температуры воды до 5 °С и ниже (сопровождаемое гибелью рачков) наблюдалось в конце сентября - октябре;

- температура воды в летний период в основном в пределах оптимума для рачков артемии (20-26 °С).

Прозрачность воды в тихую солнечную погоду, как правило, до дна. При волнении, из-за взмучивания донных (грязевых) отложений, менее 30 см.

Образование льда на озере наблюдалось в конце декабря. Лед рыхлый. При высокой солености (более 300 г/дм3) лед не образовывался. В зимний период лед отсутствовал также на соленых озерах Крыма (Golubkov, 2012), что объясняется изменением температуры замерзания в соленых водах: при концентрации солей >50 температура замерзания минус 3 °С, при 100 - минус 7 °С, при 250 снижается до минус 20 °С (Prokopiev et al., 2010).

Фитопланктон

За весь период исследований в составе фитопланктона озера было выявлено 14 видов и разновидностей, относящихся к трем отделам водорослей. Зеленые были представлены пятью таксонами: Dunaliella salina Teod., Dunaliella viridis Teod., Pedinomonas tenuis Masiuk, Coelastrum astroideum De- Notaris, Chlorella vulgaris Beijer., диатомовые - четырьмя таксонами: Melosira varians Ag., Amphora coffeaeformis var. transcaspica Boye P., Nitzschia angustata (W.Sm.) Grun., Nitzschia punctata var. minutissima Por., цианобактерии - пятью таксонами: Lingbya limnetica Lemm., Oscillatoria chlorina (Kutz.) Gom., Oscillatoria limosa Ag., Oscillatoria agardhii f. aequicrassa Elenk., Synechococcus elongatus Nag. К доминирующим видам относились D. salina, D. viridis, N. angustata, L. limnetica.

Индекс видового разнообразия очень низок и находится в пределах 1,07-1,83 бит/мг. В экологическом отношении фитопланктон представлен в основном солоноватоводным комплексом широко распространенных, истинно- и факультативно-планктонных видов, относящихся к р-мезосапробам.

В количественном отношении в фитопланктоне преобладают зеленые (в частности, вольвоксовые) и диатомовые водоросли, на третьем месте - цианобактерии (рис. 4).

Фитопланктон озера характеризуется незначительной биомассой, но очень высокими продукционными характеристиками. Так, биомасса в отдельные даты в период 20002006 гг. колебалась в пределах 0,01-8,6 мг/л и составляла в среднем 0,75±0,11 мг/л (п = 49), или 7,5 кг/га. Причем функционирование фитопланктона происходило круглый год, и даже в зимние месяцы биомасса фитопланктона была соизмерима с летними показателями (рис. 5). Так, биомасса фитопланктона в мае-сентябре, в период развития в биоценозе рачков артемии, была в пределах 0,01-8,6 мг/л (0,77±0,18 мг/л, п = 30); а в октябре-апреле, при отсутствии активных фильтраторов, составляла 0,01-7,7 мг/л (0,74±0,13 мг/л, п = 19).

Относительно низкая биомасса фитопланктона в летний период объясняется тем, что фитопланктон в это время находится под сильным прессом таких мощных фильтра- торов, как артемия. При отмирании рачков осенью и в начале их развития весной наблюдаются вспышки в развитии фитопланктона (рис. 6). Между биомассой фитопланктона и биомассой рачков артемии установлена слабая отрицательная связь (г = -0,17, n = 43).

Рис. 4. Доля различных групп водорослей в общей биомассе фитопланктона оз. Медвежье (по многолетним данным)

Рис. 5. Динамика среднемесячной биомассы фитопланктона в оз. Медвежье в 2000-2006 гг.

Рис. 6. Годовая динамика фитопланктона и рачков артемии (по усредненным данным по биомассе за 2000-2006 гг.)

Таблица 1. Показатели продуцирования фитопланктона в оз. Медвежье