2. влияние изменения климата на природные системы ихтиофауна некоторых озер Монголии
|
|
Скачать 2.01 Mb.
|
|
Сообщества макрофитных водорослей как индикаторы процессов изменения климата ^ Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, г. Чита In the work examine application of specific composition community macroalgae for indication by processes modification of climate. Community, wich organize in small the rivers of zone forest-steppe and don’t subject to man's impact, is possess greatest indication concernment. Чередование периодов увлажненности и засушливости – вполне обычное явление для климата над территорией Забайкалья. Например выявлено, что уровень Ивано-Арахлейких озер колеблется с периодичностью 10-14 лет (Обязов и др., 2002). Однако остаются открытыми вопросы о том, что происходит с климатом в целом, преобладают ли процессы аридизации климата над похолоданием, существует ли потепление климата и каковы его последствия. Территория Забайкалья с ее мозаичным распределением тепла и влаги, обусловливающих высотную поясность и широтную зональностью распределения природных комплексов, является прекрасным полигоном для поиска ответов на поставленные вопросы. Забайкалье как среднегорная страна является территорией формирования стока рек Северного Ледовитого и Тихого океанов. Суммарная длинна водотоков длинной до 25 км во много раз превышает длину крупных рек. Малые реки протекают в таежных, лесостепных и в степных ландшафтах. Малая река на своем протяжении пересекает несколько ландшафтов, т.е. формирование ее характеристик (гидрологических, гидрохимических, физических и биотических) зависит от процессов происходящих на дренируемой территории. В периоды стабилизации климатических процессов в водных экосистемах малых рек складываются устойчивые сообщества организмов, являющиеся своего рода маркерами этих процессов. Соответственно, при смене периодов увлажнения на аридизацию, или наоборот, идет процесс расширения границ таких сообществ, которые в наибольшей степени отвечают новым экологическим условиям. Однако, вопрос о том, как ведут себя сообщества организмов при смене климатических процессов, будет открыт до тех пор, пока не будут получены данные о составе и количественном развитии организмов в стабильные периоды. Получение таких данных – одна из актуальных задач современности. Наши исследования посвящены изучению макроскопических пресноводных водорослей. Целью работы было оценить уровень развития макрофитных водорослей в водных объектах Забайкалья для возможности прогнозирования последствий аридизации климата. В большинстве своем разовые съемки состава и количественного развития макроводорослей проведены в сухой период в бассейнах рек Хилок, Ингода, Онон, Шилка, Аргунь, верхних притоках р. Витим, а также в водоемах Ивано-Арахлейской и Еравно-Харгинской систем, крупных Торейских и мелководных Ононских озерах в период с 1998 по 2008 годы. В результате исследований выявлено, что в водных объектах Забайкалья, расположенных в разных ландшафтно-климатических комплексах, формирование сообществ происходит из разных видов макроводорослей (табл. 1). По доминантам в составе сообществ можно выделить виды, составляющие «ядро» сообществ. В таежном поясе территории к ним относятся Stratonostoc verrucosum, Tribonema sp., Vaucheria geminata, Batrachospermum moniliforme, Ch. elegans. В степном поясе территории «ядро» сообществ макрофитобентоса составляют Cladophora fracta, Chara sp., Enteromorpha sp., Phormidium sp., Stigeoclonium tenue var. tenue. В водотоках лесостепи наиболее часто встречаются Ulothrix zonata var. zonata, Zygnema cruciatum, Mougeotia sp., Calothrix gypsophila. В связи с тем, что такие виды как Stratonostoc verrucosum и Ch. elegans из таежной зоны и Cladophora fracta и Stigeoclonium tenue var. tenue из степной также отмечаются в лесостепи, разнообразие видового состава здесь наибольшее. Таким образом сообщества водотоков зоны лесостепи оказываются пограничными, т.е. формируются на стыке двух крупных ландшафтных комплексов: таежных и степных. Таблица 1 Распределение некоторых видов-доминантов макроводорослей по ландшафтно-климатическим комплексам
Примечание: «-» вид не встречается; «+» редко; «++» часто; «+++» в массе. Различия в общей фитомассе сообществ водорослей в большей степени зависят от конкретных условий обитания (скорости течения, времени после прохождения пиков половодий и паводков, качественными характеристиками субстратов для обрастания и др.). Поэтому фитомасса сообществ макроводорослей сильно колеблется в разных водотоках, даже одной ландшафтно-климатической зоны (табл. 2). Для степных рек развитие макрофитных водорослей приурочено ко времени наличия стока в водном объекте. Вследствие этого развитие сообществ макроводорослей носит периодический характер. Таблица 2 Фитомасса (В, г/м2) макроводорослей в реках различных ландшафтно- климатических зон Забайкалья
Примечание: «-» нет данных. Виды-доминанты в «ядрах» макроводорослей (таежные и степные) характеризуют условия своего обитания. Для таежных покрытых лесом территорий характерна большая увлажненность, низкие температуры, короткий вегетационный период. Перенос таких условий в современную лесостепную и степную часть расценивался бы как похолодание. Для степных ландшафтно-климатических комплексов характерно повышенная сухость, эфемерность водоемов, высокие летние температуры воды, продолжительный период вегетации. Распространение подобных условий в современную таежную зону расценивался бы как аридизация климата. Соответственно косвенно мы можем предположить, что появление таких видов как Cladophora fracta, Phormidium sp. и др. в реках таежной зоны свидетельствует о процессах аридизации климата, а Stratonostoc verrucosum и Ch. elegans в массе в малых реках степей – как процесс похолодания. Существующие межгодовые колебания в многолетнем режиме погоды наиболее заметны в пограничной лесостепной зоне. В условиях тайги и степи «ядра» сообществ макроводорослей формируются в жестких условиях, при которых сам факт существования видов зависит от организации сообщества. Поэтому отследить смену в сообществах макроводорослей в таежной или степной зонах под влиянием климатических изменений практически невозможно. В пограничной лесостепной зоне, где условия позволяют развиваться как таежным, так и степным видам более подходят для наблюдения за изменениями климата. Здесь нередки сообщества макроводорослей с участием Cladophora fracta и Stratonostoc verrucosum в комплексе с сопутствующими видами зоны лесостепи. Наиболее предпочтительными объектами для наблюдения за реакцией сообществ макроводорослей на изменение климатических параметров служат малые реки. Это обусловлено тем, что в малых реках отмечается максимальное развитие макрофитных водорослей и формирование группировок водорослей в большей степени, чем в других водных объектах, зависит от влияния окружающих водоток условий. На территории Забайкалья многие водотоки, в том числе и малые, пересекают несколько ландшафтных комплексов. Для проведения мониторинга более предпочтительны водотоки полностью расположенные в лесостепной зоне. Для этого необходимо заложить сеть станций на водотоках не подверженных антропогенной нагрузке и организовать стационарные исследования. Таким образом, видовой состав сообществ макрофитных водорослей отражает условия обитания определенных природно-климатических зон. Наблюдения за изменением состава водорослей более удобно проводить на малых водотоках, сформировавшихся в лесостепной зоне. Для этого необходимо проводить стационарные исследования на сети станций на малых водотоках, не подверженных антропогенной нагрузке. Литература 1. Обязов В.А., Усманов М.Т., Жилин В.Н. Гидрология // Ивано-Арахлейский заказник: природно-ресурсный потенциал территории. – Чита, Поиск, 2002. – С. 21-27. Влияние кислородных соединений азота на процесс образования брошантита при криогенном выветривании сульфидов меди ^ *Институт геологии и минералогии СО РАН, г. Новосибирск **Института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, г. Чита Acid dissection of Udokan ore in the cryogenic conditions or under the positive temperature includes two stages: acid leaching and secondary mineral formation. The leaching phase passed rather fast –maximum in 5 days. The further transformations in the system relate to the liquid phase stability and describe the stage of secondary mineral formation. Decrease with time of Cu+2 concentration, probably, is a result of copper sulfate hydrolysis and occurs in the experiments where system neutralization achieved a defined level. The formation of main copper sulfate – brochantite Cu4(OH)6SO4 in the studied process is proved by the microprobe analysis. It is obvious that acid generating during hydrolysis is used for chalcosine dissolving and considerably prolongs the ore opening. Thus, from the initial quantity of H2SO4 0.005 mole/l the quantity of 0.005 mole/l Cu+2 is generated at the stage of primary leaching. Whereas, after the 24 fold alteration of hydrolysis and following leaching the copper quantity moved from chalcosine into brochantite increases in 3 times and amounts to 0.015 mole/l. The nitrous acid influence on acceleration of oxidation process occurs at both stages. Brochantite formation becomes more intensive with the action of oxygen compounds of nitrogen. В рамках фундаментальной проблемы – изучение истории климата Земли наряду с палеореконструкциями периодических вариаций климата, оказывающих значительное влияние на изменение окружающей природной среды Евразии, важным аспектом является исследование закономерностей и механизмов криогеохимических процессов в условиях современных периодических температурных колебаний с целью прогноза возможных экологических последствий. Моделирование криогенного выветривания проводили на образцах синтетического сульфида меди Cu2S и сульфидной удоканской руды (фракция - 0.063 мм) следующего химического и минералогического состава: (Cu – 20,50%; Fe2O3 – 12,96%; FeO – 9,87%; Sобщ. – 6,89%; Sсульфатная- 0,14 %; Ag – 199,33 г/т), (халькозин – 13,87 %; брошантит, ильменит и халькопирит < 0,1%, магнетит – 6,60%; кварц + полевой шпат – 38,84%; лимонит – 0,43%). Выщелачивание руды осуществлялось в прозрачных полиэтиленовых сосудах, при соотношении т:ж = 2.5 : 1 (5 г : 2 мл) при - 20 С и при + 20 С. Содержание H2SO4 в растворе составляло 0.0005; 0.005; 0.05; 0.5 моль/л. Азотистую кислоту заданной концентрации (0.001, 0.01 и 0.1М) получали непосредственно в реакционной пульпе по обменной реакции: 2NaNO2 + H2SO4 = 2HNO2 + Na2SO4, дозируя рассчитанное количество раствора NaNO2 в реакционный сосуд. Продолжительность выщелачивания составляла 1, 5, 15, 30, 60, 90 и 150 дней. Растворы после полного оттаивания и фильтрования анализировались на содержание меди методом атомной абсорбции на спектрофотометре фирмы «Перкин Элмер» 303 ОВ с приставкой МНS – 20 в Аналитической лаборатории Института геологии и минералогии СО РАН (исполнитель Ильина В.Н.). Ошибка анализа не более 3%, а для концентрированных растворов (более 2 г/л) с учетом ошибки при разбавлении – до 6%. Микрозондовый анализ выполнен в Аналитическом центре ОИГГМ СО РАН. Кислотное вскрытие удоканской руды, как в криогенных условиях, так и в области положительных температур включает два этапа: начальное кислотное выщелачивание и вторичное минералообразование. Исследование кинетики данного процесса (табл. 1) показало, что стадия выщелачивания протекает довольно быстро – концентрация Cu+2 в растворе в большинстве случаев достигает максимума в течение 5 дней. Таблица 1 Кинетика извлечения меди (г/л) в раствор из удоканской руды, предварительно обработанной 5% H2SO4 и синтетического сульфида меди (Т:Ж = 2.5:1)
Извлечение меди в раствор из халькозина (основного минерала меди исследуемого образца удоканской руды) описывается следующими уравнениями: 2Cu2S+2H2SO4+O2 = 2CuSO4+2CuS + 2H2O (1) 2CuS+2H2SO4+O2 = 2CuSO4+2S + 2H2O (2) Cu2S+H2SO4+2HNO2 = CuSO4+CuS + 2NO + 2H2O (3) CuS+H2SO4+2HNO2 = CuSO4+S + 2NO + 2H2O (4) В таблице 2 представлены величины максимальных концентраций меди, которые могут достигаться в жидкой фазе при полном потреблении начальной кислотности раствора согласно уравнениям 1-4. Таблица 2 Максимальные концентрации меди в растворе на стадии начального выщелачивания при различных начальных содержаниях серной кислоты
*концентрации рассчитаны по уравнениям 1-4. Критерием окончания стадии начального выщелачивания может служить такое значение рН, выше которого увеличение концентрации меди в растворе не превышает ошибки определения данного параметра. Таким образом, например, при снижении кислотности среды до рН = 4 для растворов, содержащих в начальный момент 0.5; 0.05; 0.005; 0.0005 моль/л H2SO4, дальнейшее увеличение концентрации меди за счет потребления кислоты составляет, соответственно, 0.01; 0.1; 1; 10% от максимальной величины. Следовательно, в последнем случае стадию выщелачивания можно считать законченной при более глубокой нейтрализации среды (рН 5), а для 0.5 и 0.05 М растворов уже при рН 2 и 3. Последующие преобразования в системе связаны со стабильностью жидкой фазы и характеризуют этап вторичного минералообразования. Наблюдаемое нами снижение концентрации Cu+2 в растворе во времени (табл. 1) возможно при образовании различных малорастворимых форм меди: гидроксидов, карбонатов или основных сульфатов. CuSO4 + 2H2O = Cu(OH)2 + H2SO4 (5) 2CuSO4 + CO2 + 3H2O = Cu2(OH)2CO3 + 2H2SO4 (6) 4CuSO4 + 6H2O = Cu4(OH)6SO4 + 3H2SO4 (7) 3CuSO4 + 4H2O = Cu3(OH)4SO4 + 2H2SO4 (8) Водные растворы солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой, подвергаются гидролизу и имеют кислую реакцию. Равновесные значение рН таких систем определяется силой взаимодействия катионов с Н2О и их концентрацией. Для ионов меди равновесие Cu2+ + H2O ↔ Cu(OH)+ + H+ (9) характеризуется Кгтдр = 10-8, рассчитанной с учетом константы устойчивости комплексов [Cu(OH)+] (Куст1 = 106.0) [1]. Соответственно, величины рН растворов сульфата меди 0.5; 0.05; 0.005; 0.0005 моль/л возрастают в ряду 4.15; 4.65; 5.15; 5.65. В отсутствии факторов, удаляющих Н+ из зоны взаимодействия, система CuSO4 + H2O устойчива продолжительное время. В нашем случае образование малорастворимых форм меди, возможно, обусловлено присутствием сульфидов, необратимо снижающих кислотность среды (уравнения 1-4). Гидролиз сульфатных растворов меди, сопровождаемый формированием труднорастворимых соединений, приводит к значительному их подкислению (уравнения 5-8). Следует отметить, что только при осаждении брошантита и антлерита (уравнения 7, 8) количества расходуемого сульфата меди и образующейся серной кислоты не эквивалентны. Данное обстоятельство делает возможным последовательное снижение концентрации меди в растворе и кислотности среды, которое наблюдается нами в экспериментах. Выделяющаяся в ходе гидролиза кислота, очевидно, расходуется на растворение халькозина и значительно продлевает вскрытие руды. Так, при исходном содержании H2SO4 0.005 моль/л на стадии первичного выщелачивания образуется только 0.005 моль/л (0.32 г/л) Cu+2 (табл. 3). Тогда как при 24-х кратном чередовании процессов гидролиза (уравнение 7) и последующего выщелачивания (уравнения 1-4) суммарное количество меди, перешедшее из халькозина в раствор с последующим осаждением в виде брошантита возрастает в 3 раза и составляет 0.015 моль/л (0.96 г/л). В результате рН жидкой фазы увеличивается с 3 до 4.87. Более глубокая нейтрализация среды до 5.40 (удоканская руда) и 7.97 (Cu2S) (табл. 1), согласно обсуждаемому механизму, дает незначительный вклад в извлечение меди из сульфида 0.2∙10-5 моль/л - величины порядка полного осаждения вещества из раствора (<� 10-5 моль/л) [1]. Образование основного сульфата меди - брошантита Cu4(OH)6SO4 в исследуемом процессе подтверждено методом микрозондового анализа. Для этой цели использовались остатки выщелачивания синтетического сульфида меди и образцы удоканской руды, предварительно обработанные 5% раствором H2SO4 для удаления имеющихся кристаллов гидросульфатов (табл. 1). Влияние азотистой кислоты при вскрытии руды проявляется как на стадии начального выщелачивания, так и на этапе вторичного минералообразования. Образование брошантита протекает значительно интенсивнее с участием HNO2 (до 7-10 раз) как при отрицательной, так и положительной температурах. Очевидно, HNO2 ускоряет потребление выделяющейся в процессе гидролиза кислоты (уравнения 3, 4), тем самым, способствуя поддержанию рН среды близкой к уровню начала кристаллизации твердой фазы. В данной серии экспериментов (при Т:Ж = 2.5:1) наиболее показательны растворы с исходным содержанием H2SO4 0.05 и 0.005 моль/л, так как в более кислых средах (H2SO4 0.5 моль/л) процесс вскрытия руды, лимитируемый ограниченным доступом кислорода в закрытой системе, остановился на первой стадии, а при H2SO4 0.0005 моль/л, выпадение брошантита происходит существенно медленнее, вследствие нелинейности скорости осаждения твердой фазы и зависимости ее от исходного содержания соли в растворе. Специфика криогеохимической системы заключается в том, что при отрицательных (по Цельсию) температурах существует механизм буферирования концентрации растворенного компонента – вымораживание. Если температура постоянна, то расходование растворенного компонента по какой-либо реакции автоматически приведет к уменьшению объема незамерзающего раствора при сохранении его концентрации. Иначе говоря, при отрицательной температуре процесс выщелачивания идет при неизменной концентрации растворителя, но при постоянном уменьшении объема незамерзающего раствора и соответственно увеличении отношения Т:Ж. Таким образом, в наших экспериментах при отрицательной температуре не должно быть постепенного уменьшения кислотности раствора со временем, как это происходит при положительной температуре. Расходование кислоты и соответствующее увеличение концентрации меди в растворе постепенно переводит раствор из системы H2O - H2SO4 в систему H2O - CuSO4, температура эвтектики которой равна -1,5оС. При -20оС и отсутствии азотистой кислоты свободная жидкая фаза в такой системе должна полностью исчезнуть. Из сказанного возникает потребность в экспериментально построенных диаграммах трех- (и более) компонентных систем для области отрицательных температур. Физико-химические условия в зоне многолетней мерзлоты претерпевают периодические изменения, обусловленные разнопериодными вариациями климата. Это в соответствии с полученными нами результатами будет способствовать интенсификации процессов окислительного выщелачивания в приповерхностной зоне Земли, что в свою очередь приведет к усилению загрязнения окружающей среды. Литература ^ Влияние климата на границы ареалов адвентивных видов ихтиофауны И.Е. Михеев Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, г. Чита By results of ichthyological surveys the scheme of self-moving of^ i on water-currents of Transbaikalia is resulted. The forecast of the further expansion of natural habitats of this species is made. Глобальное потепление климата – это объективная реальность. С 1990 по 2000 год температура на планете выросла на 0,6о. На те же 0,6о она поднялась за все предыдущие 100 лет. Климатические тенденции проявляются и на региональном уровне (Обязов, 2007). Откликаясь на потепление, отмечено значительное продвижение к северу многих видов животных, ареалы которых изменились в Центральной Азии и заметно увеличились в Забайкалье (Мельников, 2007). Не замедлила откликнуться на потепление климата и ихтиофауна, как один из наиболее динамичных элементов биоты. При этом наблюдается сужение экологических ниш и преобразование коренных ихтиоценозов, в структуре которых доминирующее положение занимают стенобионтные рыбы лососевого комплекса (таймень, ленок, хариус). И наоборот, происходит расширение границ ареалов видов ихтиофауны не свойственных водным объектам Забайкалья (Горлачева и др., 1999). В первую очередь к таким видам относится фитофильный, малоподвижный, теплолюбивый вид головешка-ротан (Perccottus glenii Dybowskii, 1877), который ранее в структуре ихтиоценозов водных объектов Амурского бассейна в границах Забайкальского края не встречался. Первые сведения от рыбаков-любителей о появлении ротана начали поступать с 1995 года с р. Аргунь (устье р. Урулюнгуй, Дуройские озера, разливы в р-не с. Кути). Хотя в картографических материалах обобщающей сводки по распространению видов рыб, граница западного ареала ротана проходит по водным объектам Китая, Монголии и России в Амурском бассейне. В данной сводке не отмечена граница ареала распространения ротана в Байкальском бассейне (Атлас…, 2002). Исходное местообитание ротана – пресные воды на северо-востоке полуострова Корея, Северного Китая и Приморья, обычен в нижнем течении Амура, его притоках Сунгари, Уссури и в оз. Ханка (Атлас…, 2002). На территории Евразии известно несколько очагов инвазии (ленинградская, московская, нижнегородская, обская, байкальская и др.) и совсем недавно выделенная верхнеамурская (Итигилова и др. 2007). Анализ литературных данных показывает, что чаще всего расширение ареала ротана происходит в результате случайной интродукции или вследствие вторичных перевозок, а основным миграционным путем самораспространения, исходя из биологии вида, считается перенос особей вниз по течению рек (Болонев и др., 2002; Решетников, Петлина, 2007). Например, в водных объектах Байкальского бассейна после случайного его попадания (при интродукции сазана) в оз. Гусиное в 60-е годы ХХ века ротан продолжает расширять свой ареал. В настоящее время он широко заселил дельту р. Селенги, Селенгинское мелководье, прибрежные зоны самого оз. Байкал и расселяется от устья к устью впадающих притоков. Не исключается вероятность его самостоятельного расселения вверх по р. Селенге в водных объектах Монголии. В Амурском бассейне в водные объекты Монголии по трансграничной р. Онон инвазия ротана очевидно также уже произошла. Так как ротан в количестве 7 разноразмерных особей (30-109 мм) был обнаружен в 2007 г. в р. Онон около с. Верхний Ульхун в районе государственной границы России и Монголии. В водных объектах Китая ротан расселился по бассейну р. Аргунь. Подтверждением этого служит обнаружение его в р. Аргунь в районе населенных пунктов Приаргунск, Среднеаргунск и Абагайтуй, а также наличие большого количества продавцов ротана на рыбном рынке в г. Маньчжурия. Ихтиологические исследования и анализ расширения границ ареала ротана за 5 летний период, показывают, что ежегодно по водотокам Забайкалья идет его саморасселение вверх по течению, наиболее интенсивное в южном и юго-западном направлениях (рис.). Единичные находки данного вида фиксировались и в северном направлении (водохранилище Ключевское в Могочинском районе). При этом в качестве транзитных путей он использует как основные реки (Аргунь, Шилка, Онон) и крупные притоки разных порядков (Газимур, Средняя и Верхняя Борзи, Желтуга, Нерча, Унда и пр.), так и малые горные водотоки II и III порядков. Используя их в качестве миграционных коридоров, он достиг большинства местных водоразделов, в районе которых, как правило, разрабатывались рудные месторождения (Ключевское, Вершиношахтаминское, Балейское и пр.), и остались техногенные формы рельефа (карьеры, водохранилища, хвостохранилища). Изучение экологии ротана в новых условиях показывает, что он предпочитает стоячие и медленнотекущие хорошо прогреваемые и зарастаемые водоемы. Особенно комфортно себя чувствует в мелких пойменных водоемах, заросших заливах, протоках, старицах, карьерах, хвостохранилищах и водохранилищах, где успешно размножается. Воздействие ротана на аборигенную ихтиофауну не изучено. Однако известно, что в заселенных им водных объектах полностью отсутствуют крупные беспозвоночные и происходит угнетение популяций местных видов рыб (Болонев и др., 2002; Решетников, Петлина, 2007). При этом конкуренцию выдерживают только неприхотливые виды (серебряный карась, гольяны амурский и озерный). В перспективе развития юго-восточной территории Забайкальского края планируется создание мощных горно-перерабатывающих предприятий с сопутствующей инфраструктурой. В результате чего будет создано множество искусственных водоемов, ихтиоценозы которых будут формироваться в первую очередь из неприхотливых видов рыб (ротан, серебряный карась, гольяны амурский и озерный).  Рис. Ареал распространения головешки-ротана (Perccottus glenii Dybowskii, 1877) в водных объектах Байкальского и Амурского бассейнов. Анализ пространственно-временной динамики продвижения ротана и использования горных рек в качестве миграционных коридоров позволяет прогнозировать его самостоятельное расселение и расширение ареала в ближайшем времени в западном, юго-западном и северном направлениях по бассейнам рек Нерчи, Куэнги, Ингоды и Читы. В первую очередь его появление следует ожидать в не зарекультивированных карьерах оставшихся после добычи россыпного золота и ПГС. Учитывая миграционные способности ротана, не исключается вероятность расширения границ его саморасселения в Байкальском бассейне в восточном и юго-восточном направлениях вверх по течению рек Хилок и Чикой (рис.). Хилок по гидрологическим параметрам (равнинный характер течения, множество пойменных водоемов, стариц, проток и пр.) наиболее подходит для миграционного коридора ротана в восточном направлении. Потепление климата и антропогенные факторы, образуя синергетический эффект позволяют довольно быстро и на значительных площадях расширить границы ареалов чужеродных видов ихтиофауны. При этом коренные ихтиоценозы большинства водотоков характеризуются следующими параметрами: - сужением биотопического разнообразия и частичным выпадением экологических ниш для фоновых видов (тайменя, ленка, хариуса); - ухудшением средовых факторов – нагульных, кормовых, воспроизводящих, защитных и др.; - изменением количественной и фаунистической структуры ихтиоценозов; - снижением численности фоновых (индикаторных) видов рыб; - увеличением численности эврибионтных, в том числе чужеродных видов рыб. Литература 1. Атлас пресноводных рыб России: В 2 т. Т. 2. / Под ред. Ю.С. Решетникова. – М.: Наука, 2002. – С. 79-81. 2. Болонев Е.М., Пронин Н.М., Дугаров Ж.Н. Ротан – амурский «завоеватель» в Байкальском регионе. – Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2002. – 48 с. 3. Горлачева Е.П., Афонин А.В., Михеев И.Е. О нахождении амурской трегубки Opsariichthys uncirostris amurensis Berg // Вопросы ихтиологии. – Т. 39. – № 2. – 1999. - 261 с. 4. Итигилова М.Ц., Горлачева Е.П., Афонин А.В., Куклин А.Н., Матюгина Е.Б., Базарова Б.Б., Матафонов П.В., Афонина Е.Ю., Салтанова Н.В. Проблемы и перспективы сохранения биологического разнообразия водных экосистем трансграничной реки Аргунь // Природоохранное сотрудничество Читинской области (РФ) и автономного района Внутренняя Монголия (КНР) в трансграничных экологических регионах / Мат. конф. Забайкал. гос. гум.-пед. ун-т. – Чита, 2007. – С. 155-159. 5. Мельников Ю.И. Современные изменения климата и пульсация границ ареалов прибрежных птиц в Восточной Сибири // Природоохранное сотрудничество Читинской области (РФ) и автономного района Внутренняя Монголия (КНР) в трансграничных экологических регионах / Мат. конф. Забайкал. гос. гум.-пед. ун-т. – Чита, 2007. – С. 231-236. 6. Обязов В.А. Изменения температуры воздуха и увлажненности территории Забайкалья и приграничных районов Китая / Природоохранное сотрудничество Читинской области (РФ) и автономного района Внутренняя Монголия (КНР) в трансграничных экологических регионах / Мат. конф. Забайкал. гос. гум.-пед. ун-т. – Чита, 2007. – С. 247-250. 7. Решетников А.Н., Петлина А.П. Распространение ротана (Perccottus glenii Dybowskii, 1877) в реке Оби // Сибирский экологический журнал, 2007. – № 4. – С. 551-555. Влияние климатических условий на микробные сообщества содово-соленых озер Забайкалья и Монголии Б.Б. Намсараев*, В.В. Хахинов*, З.Б. Намсараев***, С.П. Бурюхаев**, Б.Б. Будаева****, Ч. Жавзан***** *Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН (г. Улан-Удэ), Байкальский институт природопользования СО РАН, **Бурятский государственный университет, ***Институт микробиологии имени С.Н. Виноградского РАН (г. Москва), ****Институт повышения квалификации работников социальных сферы (п. Агинское), *****Институт геоэкологии Монгольской Академии Наук (г. Улан-Батор) Soda-salt lakes of Zabaikalie and Mongolia are characterized by minor depth and significant influence of seasonal and amidst-years changes of air temperature (from +40 up to -550C), which cause substantial changes of mineralization and chemical composition. Such environmental conditions work to the advantage of extremophilic microorganisms activity, capable to conduct bio-chemical reactions under high concentrations of salt, alkaline pH and low temperatures. В степной зоне Забайкалья и Монголии широко распространены содовые и соленые озера (Содовые озера, 1991; Дзюба, Кулагина, 2005). Микробные сообщества содово-соленых озер участвуют в процессах продукции и деструкции органического вещества, трансформации химических соединений, образовании и потреблении газов, концентрации и рассеянии химических элементов. Водный режим и функционирование микробного сообщества этих озер зависит от климатических особенностей данной территории. Резко-континентальный климат Забайкалья и Монголии отличается значительными суточными и годовыми колебаниями температуры, малым количеством осадков, неравномерным распределением их по сезонам (более 70% выпадает летом) и большой сухостью воздуха. Средняя температура января составляет –26,70С (минимум до -550С), средняя температура июля +190С (максимум + 400С). Годовая сумма осадков не превышает 250 мм (Власов, Филиппова, 1973). Исследованные нами содовые озера Забайкалья и Монголии отличаются, как правило, небольшой глубиной и нестабильным водным режимом со значительными сезонными колебаниями объемов осадков, температуры, рН и минерализации (табл. 1). Эти особенности характерны для водоемов центрально-азиатского региона и резко отличают условия их существования от постоянно теплых водоемов экваториальной зоны и постоянно холодных водоемов Антарктиды. Таблица 1 Физико-химические параметры содовых озер Забайкалья и Монголии
М – минерализация, дата – месяц и год проведения анализа. Большое значение на формирование состава озерных вод оказывают кристаллические породы, слагающие положительные формы рельефа. В процессе их химического выветривания, протекающего непрерывно, образуются растворимые соли. Наибольшей растворимостью обладают плагиоклазы, затем калиево-полевые шпаты и наименьшей – кварц (Самарина, 1977). В аридной и полуаридной зоне (рН>7) в процессе химического выветривания полевых шпатов ряд катионов (К+, Na+, Ca2+ и др.) частично удаляются в системе, где образуется глинистый материал. Образующиеся карбонатные и гидрокарбонатные соли щелочей и щелочеземельных переходят в раствор, придающие воде соответствующую реакцию. Состав озерных вод во многом определяется типом его питания. Водно-солевое питание озера степной зоны Забайкалья и Монголии получают за счет грунтовых вод и временных дождевых потоков. Грунтовые воды имеют хлоридно-сульфатный натриевый состав. Общая сумма солей достигает 128-155 г/л. Наряду с пресными водами во впадинах Ононской группы озер нередко наблюдаются соленые подземные воды, насыщенные углекислым газом (Содовые озера, 1991). Преобладающими ионами являются SO42-, Cl- и Na+. Общее содержание солей составляет 1,5-5,0 г/л. Для бессточных водоемов степных районов Забайкалья роль атмосферных осадков в составе озерных вод оказывается лишь в многолетнем цикле (Богданова, 1973). Количество солей, вносимых атмосферными осадками на зеркало озер, составляет 0,01-0,50%. Свежевыпавший снег имеет минерализацию 0,01-0,03 г/л. Талые воды и временные вешние потоки функционируют очень короткое время, чаще во второй половине апреля, и наблюдаются не каждый год. Эти воды характеризуются содержанием солей до 0,01-0,60 г/л. Состав их гидрокарбонатно-натриевый и кальциевый. Дождевые воды имеют гидрокарбонатно-натриевый, кальциевый или магниевый тип (Богданова, 1973). Общая сумма солей их составляет 0,006-0,15 г/л. В условиях аридного климата на формирование химического состава воды и осадков влияет процесс испарения, который превалирует над его притоком и обуславливает концентрирование раствора и выпадение солей. При кристаллизации выделяются в первую очередь наименее растворимые соли. Минералогический анализ донных отложений озера Хилганта показал, что донные осадки этого озера состоят на 70-95% из кварца, плагиоклазов и калиево-полевых шпатов (Горленко и др., 1999). В озерах Юго-Восточного Забайкалья и Северной Монголии определены следующие типы вод (по классификации М.Г. Валяшко): солоноватое карбонатное, солоноватое сульфатно-хлоридное, солоноватое сульфатно-натриевое, соленое сульфатно-натриевое (Горленко и др., 1999; Намсараев, Намсараев, 2007). Тип воды озер зависит от климатических условий. В озере Хилганта в многоводный период вода является сульфатно-хлоридным натриевым. При уменьшении объема воды в озере наблюдается метаморфизация химического состава вод: от сульфатно-хлоридного натриевого в водный период до хлоридно-сульфатного натриевого в засушливый период. В водный период значения рН воды в озере равны 8.9-10.0. В засуху при испарении воды рН сдвигается в нейтральную сторону (до 8.3). Иловая вода донных отложений озера имеет нейтральные рН (7.1-7.5). Значения рН в верхних слоях солончаков равны 8.07, в нижних – 9.2-9.58. Колебания рН в водах озера обусловлены относительно незначительными колебаниями соотношения карбонаты-кальций. В многоводный период карбонаты значительно превышают кальций и рН воды щелочной за счет карбонатов натрия. На основе анализа анионного и катионного составов воды озера Хилганта и Горбунка относятся к хлоридным и хлоридно-сульфатно натриевым. В них глубинные воды нейтральные. В засушливый период наблюдается стадия нейтральных поверхностных вод. Щелочные условия в этих озерах устанавливаются в многоводный период. К ним примыкает озеро Бабье. К хлоридно-карбонатно натриевым относятся озера Борзинское и Цаган-нур. Они сохраняют высокий рН при испарении, так как доля карбонатов составляет около 40% от суммы анионов. Глубинные воды щелочные. Основным биотическим компонентом этих озер является прокариоты и водоросли, способные выживать при экстремальных условиях. Микробное сообщество содово-соленых озер Забайкалья и Монголии активно участвует в процессах продукции и деструкции органического вещества и образовании биогенных минералов и газов (Горленко и др. 1999; Заварзин, Жилина, 2000; Герасименко и др. 2003; Sorokin et.al. 2004; Компанцева и др. 2005; Намсараев, Намсараев, 2007). Определения скорости микробных процессов показали, что наиболее интенсивно идут процессы круговорота углерода и серы. Образующиеся в процессе деструкции ОВ продукты (Н2S, S, СН4, CO2) частично выходят из общего круговорота веществ – поступают в атмосферу или консервируются в виде минералов, например FeS, либо участвуют в дальнейшем круговороте веществ, определяя особенности газового состава воды. Наблюдаемые с 1995 по 2007 г.г периоды увлажнения и засухи в этих озерах влияют на функциональную активность и структуру микробного сообщества. При повышении минерализации алкалофильное сообщество становится гало-нейтрофильным. При высоких значениях минерализации скорость микробных процессов продукции заметно снижается. В мелководных прибрежных частях озер обнаруживались микробные маты в диапазоне минерализации от 1.8 до 322 г/л и рН от 7.7 до 10.7. Как правило, маты были очень тонкими, толщиной до 0.5 см и, вероятно, эфемерными. Более толстые маты с толщиной до 1 см обнаруживались при минерализации выше 16 г/л. Исключение составляет озеро Хилганта, в котором регулярно обнаруживались плотные кожистые маты толщиной до 15-20 мм, что, вероятно, было обусловлено локальным подтоком подземных вод. Изотопный состав органического вещества донных осадков и матов показывает, что продуценты микробных матов содовых озер используют продукты разложения автохтонного и аллохтонного органического вещества, поступающего в виде растительного опада. Озера принадлежат к эвтрофному типу. Общий фотосинтез в толще воды достигал 11,01 мг С/л сут, в донных осадках 68 мг С/л сут, в микробных матах 3860 мг С/м2 сут (табл. 2). Содержание хлорофилла а в микробных матах достигало 1.2 г/ м2. Доля аноксигенного фотосинтеза была минимальной в водной толще и достигала максимума в микробных матах (92%, 3.28 гС/м2 сут). Соотношение оксигенного и аноксигенного фотосинтеза в матах колебалось в широких пределах (от 2 до 92%). Скорость темновой фиксация в толще воды была невысокой (2.74 мг С/ л сут), в донных осадках до 8.6 мгС/кг сут. В микробных матах скорость темновой фиксации была незначительной по сравнению с фотосинтезом и достигала 41.4 мг С/м2 сут. Таблица 2 Скорости фотосинтеза и темновой фиксации в донных осадках содовых озер (мг С/ кг сут)
Максимальная скорость общего фотосинтеза (3860 мгС/м2 сут ) микробных матов содовых озер Забайкалья и Монголии значительно уступает (как минимум в 3 раза) озерам Восточно-Африканской рифтовой зоны, что может быть объяснено значительными колебаниями температуры в течение года и активным развитием микробных матов в относительно короткий промежуток времени. Максимальная скорость общего фотосинтеза была обнаружена в озере Хилганта при минерализации 32-41.5 г/л, при повышении минерализации в озере до 82-164 г/л скорость значительно снижается. Эти данные не коррелируют с другими озерами, где при сходных размерах, минерализации и рН не происходило развитие толстого микробного мата. Если исключить из рассмотрения озеро Хилганта, то в микробных матах и донных осадках содовых озер будет наблюдаться два пика продуктивности: в слабоминерализованных озерах (до 12 г/л) и в высокоминерализованных озерах (165-215 г/л). Второй максимум, вероятно, обуславливается деятельностью галоалкалофильного сообщества. Подобная закономерность хорошо согласуется с данными о наличии двух максимумов продуктивности по градиенту солености, полученными при исследовании солеварен Израиля и Испании. При повышении минерализации выше 220 г/л продуктивность несколько снижается. Наиболее интенсивно процесс восстановления сульфатов (до 69.04 мг S/ кг сут) протекал в иловых отложениях при минерализации 3-30 г/л. При повышении минерализации воды скорость процесса снижается. Интенсивность метаногенеза значительно уступает интенсивности сульфатредукции и также достигает максимума в илах (до 80.71 мкл СН4/кг сут). Максимальные скорости образования метана наблюдались при минерализации 15-65 г/л и 165-215 г/л. В образовании метана более активно участвуют метилотрофные и автотрофные метаногены. Ацетокластический метаногенез незначителен. В содовых озерах основная часть ОВ используется для бактериального восстановления сульфатов. Потребление ОВ на сульфатредукцию составляло 0.11-54.28 мг С/кг сут. На метаногенез расходовалось до 0.2 мгС/кг сут. Доля метаногенеза составляла от 0.14 до 7.6% расходуемого С орг. Обращает на себя внимание различный характер поведения зависимостей продукционных и деструкционных процессов от минерализации. Если в слабоминерализованных водоемах скорости процессов относительно велики и процессы скорее всего сбалансированы, то в высокоминерализованных водоемах продуктивность высока, а сульфатредукция – основной процесс анаэробной терминальной деструкции – минимальна. Возможно, благодаря этому дисбалансу в высокоминерализованных озерах может происходить накопление органического вещества. Этому процессу также способствует захоронение органического вещества в результате сезонного выпадения солей в высокоминерализованных озерах. Таблица 3 Скорость сульфатредукции (с/р) и расход углерода в донных осадках содовых озер
Значительные сезонные колебания физико-химических параметров в озерах, характерные для центрально-азиатского региона, обуславливают изменения активности и численности микроорганизмов в течение года. Активности продукционных процессов и максимальные активности деструкционных процессов были зафиксированы в весенне-летний период. В осенне-зимний период происходит снижение температуры воздуха (максимально до -55ºС), тем не менее, микробиологические процессы деструкции ОВ продолжались в рассоле под льдом даже при температуре -8ºС, что обусловлено деятельностью психроактивных микроорганизмов и присутствием воды в жидком состоянии из-за высокой концентрации солей. Сезонная активизация психрофильного галоалкалофильного сообщества в щелочных озерах Центральной Азии является уникальной особенностью данного региона. Изучение этих озер в зимний период и выделение из них психрофильных галоалкалофильных микроорганизмов представляет собой значительный интерес также благодаря тому, что аналогичные системы должны были возникнуть на поверхности Марса при потере им атмосферы. В ходе понижения температуры эти водоемы должны были подвергнуться криогенной метаморфизации с возрастанием концентрации солей. Соленые и содовые озера Центральной Азии являются удобным объектом для исследования данного процесса на Земле. Работа выполнена на средства программ Президиума РАН «Происхождение и эволюция биосферы», «Молекулярная и клеточная биология», Президиума СО РАН № 24 и 58, Минобразования и науки РФ «НОЦ Байкал», стипендий Фонда поддержки отечественной науки и Belgian Science Policy fellowship, БГУ «Научные школы». Литература 1. Sorokin D.Yu., Gorlenko V.M., Namsaraev B.B., Namsaraev Z.B., Lysenko A.M., Eshinimaev B.Ts., Khmelenina V.N., Trotsenko Yu.A., J.G. Kuenen. Prokaryotic communities of the north-eastern Mongolian soda lakes // Hydrobiologia. 2004. - V. 522. – P. 235-248. 2. Богданова Л.Л. Химический состав атмосферных осадков Забайкалья // Геохимия и гидрохимия природных вод Восточной Сибири. – Иркутск. 1973. – С. 207-214. 3. Власов Н.А., Филиппова Г.Р. Физико-химическая характеристика минеральных озер Юго-Восточного Забайкалья // Геохимия и гидрохимия природных вод Восточной Сибири. – Иркутск, 1973. – С. 3-57. 4. Герасименко Л.М., Митюшина Л.Л., Намсараев Б.Б. Маты Microcoleus из алкалофильных и галофильных сообществ // Микробиология, 2003. – Т. 72. - № 1. – С. 84-92. 5. Горленко В.М., Намсараев Б.Б., Кулырова А.В., Заварзина Д.Г., Жилина Т.Н. Активность сульфатредуцирующих бактерий в донных осадках содовых озер Юго-Восточного Забайкалья // Микробиология, 1999. – Т.68. – № 5. – С. 664-670. 6. Дзюба А.А., Кулагина Н.В. Формирование и распространение минеральных озер в Прибайкалье и Забайкалье // Водные ресурсы. – 2005. – Т. 32. – № 1. – С. 13-17. 7. Заварзин Г.А., Жилина Т.Н. Содовые озера природная модель древней биосферы континентов // Природа. – 2000. – №2. – С. 45-55. 8. Компанцева Е.И., Сорокин Д.Ю., Горленко В.М., Намсараев Б.Б. Фототрофное сообщество щелочного озера Хилганта (Юго-Восточное Забайкалье) // Микробиология, 2005. – Т.74. – № 3. – С. 410-419. 9. Намсараев Б.Б., Намсараев З.Б. Микробные процессы круговорота углерода и условия среды обитания в щелочных озерах Забайкалья и Монголии // Труды Института микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН. – Вып. 14. – 2007. – С. 299-322. 10. Самарина В.С. Гидрогеохимия. – Л.: ЛГУ. – 1977. – 324 с. 11. Содовые озера Забайкалья: экология и продуктивность. Отв. ред. Алимов А.Ф. – Новосибирск.: Наука, 1991. – 215 с. Многолетние изменения режима водных ресурсов реки Ульдза Д. Оюунбаатар*, Г. Даваа*, Н. Хишигжаргал** * Институт метеорологии и гидрологии Монголии |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям