Pigments in Cores of Bottom Sediment as Indicators of the Trophic Status Dynamics in the Benthal of a Large Reservoir

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

New data on the dynamics of pigment characteristics for different silts in the basin-valley Rybinsk Reservoir, the largest source of fresh water on the Upper Volga, are presented. The concept of eutrophication of the reservoir under modern climate warming is supplemented. The content of pigments in bottom sediment cores taken after 10 years (in 2009 and 2019) was compared. According to the latest survey, the average content of chlorophyll a with pheopigments in cores at the stations is characterized by higher values, and the carotenoid/chlorophyll ratio (index Е 480 /Е 665 ) is lower than according to the first survey. The relationship between the index Е 480 /Е 665 and the total content of chlorophyll a and pheopigments in cores from most stations is negative, as in phytoplankton. In the total array of studied sediment samples, the contribution of pigment concentrations (chlorophyll a + pheopigments) belonging to the hypertrophic category is increased. The average content of sedimentary pigments in lake-like areas increased compared to riverine areas. The dynamics of pigments is clearly expressed in cores of gray clayey silt and smoothed in peat–originated silt. Over the period from 2009 to 2019, the average contribution of autochthonous organic carbon, estimated from the sum of chlorophyll and pheopigments, increased from 7.7% to 12.3% of total organic carbon in cores. The trends of the pigment concentrations in cores indicate an increase in the trophic state of benthal to date. The significance of the pigment characteristics of bottom sediments for monitoring the benthal productivity over the entire period of reservoir operation is discussed.

About the authors

L. E. Sigareva

Papanin Institute for Biology of Inland Waters, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: sigareva@ibiw.ru
Russian Federation, Borok, Nekouzskii raion, Yaroslavl oblast

N. A. Timofeeva

Papanin Institute for Biology of Inland Waters, Russian Academy of Sciences

Email: sigareva@ibiw.ru
Russian Federation, Borok, Nekouzskii raion, Yaroslavl oblast

V. V. Zakonnov

Papanin Institute for Biology of Inland Waters, Russian Academy of Sciences

Email: sigareva@ibiw.ru
Russian Federation, Borok, Nekouzskii raion, Yaroslavl oblast

References

  1. Алимов А.Ф., Голубков М.С. 2014. Эвтрофирование водоемов и структура сообщества гидробионтов // Биология внутр. вод. № 3. С. 5. https://doi.org/10.7868/S0320965214030036
  2. Белкина Н.А. 2014. Ретроспективная оценка состояния донных отложений Выгозерского водохранилища // Водн. ресурсы. Т. 41. № 3. С. 258.
  3. Бикбулатов Э.С., Степанова И.Э. 2002. Оценка трофности Рыбинского водохранилища с помощью потенциала регенерации биогенных элементов // Водн. ресурсы. Т. 29. № 6. С. 721.
  4. Бреховских В.Ф., Вишневская Г.Н., Кременецкая Е.Р., Ломова Д.В. 2006. Об оценке потребления кислорода разными типами грунтов долинных водохранилищ в летний период // Метеорология и гидрология. № 10. С. 82.
  5. Ветров А.А., Семилетов И.П., Дударев О.В. и др. 2008. Исследование состава и генезиса органического вещества донных осадков Восточно-Сибирского моря // Геохимия. № 2. C. 183.
  6. Винберг Г.Г. 1960. Первичная продукция водоемов. Минск: Изд-во АН БССР.
  7. Гаретова Л.А., Фишер Н.К. 2020. Условия и источники формирования углеводородного фона в донных отложениях малых эстуариев Татарского пролива // Геохимия. Т. 65. № 8. С. 768.
  8. Даценко Ю.С. 2007. Эвтрофирование водохранилищ. Гидролого-гидрохимические аспекты. М.: ГЕОС.
  9. Законнова А.В. 2021 . Климатические изменения термического режима Рыбинского водохранилища // Тр. Ин-та биологии внутр. вод им. И.Д. Папанина РАН. Вып. 94(97). С. 7.
  10. Китаев С.П. 2007. Основы лимнологии для гидробиологов и ихтиологов. Петрозаводск: Карельск. науч. центр РАН.
  11. Корнева Л.Г. 2015. Фитопланктон водохранилищ бассейна Волги. Кострома: Костромской печатный двор.
  12. Лазарева В.И., Степанова И.Э., Цветков А.И. и др. 2018. Кислородный режим водохранилищ Волги и Камы в период потепления климата: последствия для зоопланктона и зообентоса // Тр. Ин-та биологии внутр. вод им. И.Д. Папанина РАН. Вып. 81(84). С. 47.
  13. Минеева Н.М. 2004. Растительные пигменты в воде волжских водохранилищ. М.: Наука.
  14. Минеева Н.М. 2021. Многолетняя динамика хлорофилла в планктоне различных участков крупного равнинного водохранилища // Биология внутр. вод. № 6. С. 574. https://doi.org/10.31857/S0320965221060127
  15. Пырина И.Л., Литвинов А.С., Кучай Л.А. и др. 2006. Многолетние изменения первичной продукции фитопланктона Рыбинского водохранилища в связи с действием климатических факторов // Состояние и проблемы продукционной гидробиологии. М: КМК. С. 36.
  16. Россолимо Л.Л. 1977. Изменение лимнических экосистем под воздействием антропогенного фактора. М.: Наука.
  17. Сигарева Л.Е., Тимофеева Н.А. 2023. Пигментные характеристики макрофитов Рыбинского водохранилища // Биология внутр. вод. № 3. С. 420. https://doi.org/10.31857/S0320965223030233
  18. Сигарева Л.Е., Перова С.Н., Тимофеева Н.А. 2020а. Многолетняя динамика макрозообентоса и растительных пигментов в донных отложениях Рыбинского водохранилища // Изв. РАН. Сер. биол. № 1. С. 77. h ttps://doi.org/10.31857/S032096522004018X
  19. Сигарева Л.Е., Законнов В.В., Тимофеева Н.А., Касьянова В.В. 2013. Осадочные пигменты и скорость илонакопления как показатели трофического состояния Рыбинского водохранилища // Вод. ресурсы. Т. 40. № 1. С. 62.
  20. Сигарева Л.Е., Коренева Т.Г., Минеева Н.М., Тимофеева Н.А. 2020б. Сравнительный анализ содержания хлорофилла а в пресноводном и морском водоемах // Биология внутр. вод. № 5. С. 439.
  21. Степанова И.Э., Бикбулатов Э.С., Бикбулатова Е.М. 2013. Закономерности динамики содержания биогенных элементов в водах Рыбинского водохранилища за годы его существования // Вода: химия и экология. № 1. С. 15.
  22. Структура и функционирование экосистемы Рыбинского водохранилища в начале XXI века. 2018. М.: РАН.
  23. Тимофеева Н.А., Сигарева Л.Е. 2004. Взаимосвязи концентраций растительных пигментов с азотом и фосфором в донных отложениях водохранилищ // Водн. ресурсы. Т. 31. № 3. С. 332
  24. Тимофеева Н.А., Перова С.Н., Сигарева Л.Е. 2018. Распределение осадочных пигментов и макрозообентоса в глубоководной зоне Рыбинского водохранилища // Сиб. экол. журн. № 6. С. 766.
  25. Трифонова И.С., Воронцова Н.К., Макарцева Е.С . и др. 2003. Влияние климатических изменений и эвтрофирования на динамику планктонных популяций мезотрофного озера. СПб.: НИИ химии СПбГУ.
  26. Шашуловская Е.А., Мосияш С.А., Далечина И.Н. 2023. Эвтрофирование Волгоградского водохранилища: влияние климатической трансформации или сукцессионных процессов? // Тр. Зоол. ин-та РАН. Т. 327. № 3. С. 390.
  27. Brenner M., Binford M.W. 1988. Relationships between concentrations of sedimentary variables and trophic state in Florida lakes // Can. J. Fish Aquat. Sci. V. 45. № 2. P. 294. https://doi.org/10.1139/f88-035
  28. Cochrane S.K.J., Denisenko S.G., Renaud P.E. et al. 2009. Benthic macrofauna and productivity regimes in the Barents Sea: ecological implications in a changing Arctic // J. Sea Res. V. 61. № 4. P. 222. https://doi.org/10.1016/j.seares.2009.01.003
  29. Gao N., Ma Y., Zhao M. et al. 2020. Quantile analysis of long-term trends of near-surface chlorophyll- a in the Pearl River plume // Water. V. 12. № 6. P. 1662. https://doi.org/10.3390/w12061662
  30. Leavitt P.R. 1993. A review of factors that regulate carotenoid and chlorophyll deposition and fossil pigment abundance // J. Paleolimnol. V. 9. № 2. P. 109. https://doi.org/10.1007/BF00677513
  31. Lorenzen C.J. 1967. Determination of chlorophyll and pheopigments: shectrophotometric equations // Limnol., Oceanogr. V. 12. № 2. P. 343. https://doi.org/10.4319/lo.1967.12.2.0343
  32. Möller W.A.A., Scharf B.W. 1986. The content of chlorophyll in the sediment of the volcanic maar lakes in the Eifel region (Germany) as an indicator for eutrophication // Hydrobiologia. V. 143. № 1. P. 327. https://doi.org/10.1007/BF00026678
  33. Reuss N., Conley D.J., Bianchi T.S. 2005. Preservation conditions and the use of sediment pigments as a tool for recent ecological reconstruction in four Northern European estuaries // Mar. Chem. V. 95. № 3–4. P. 283. https://doi.org/10.1016/j.marchem.2004.10.002
  34. Szymczak-Żyła M., Kowalewska G. 2009. Chloropigments a in sediments of the Gulf of Gdańsk deposited during the last 4000 years as indicators of eutrophication and climate change // Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol. V. 284. № 3–4. P. 283. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2009.10.007
  35. The impact of climate change on European lakes. Aquat. Ecol. Ser. 2010. V. 4. Dordrecht: Springer. https://doi.org/10.1007/978-90-481-2945-4
  36. Wilhelm S., Adrian R. 2008. Impact of summer warming on the thermal characteristics of a polymictic lake and consequences for oxygen, nutrients and phytoplankton // Freshwater Biol. V. 53. № 2. P. 226. https://doi.org/10.1111/j.1365-2427.2007.01887.x
  37. Yang Y., Pettersson K., Padisák J. 2016. Repetitive baselines of phytoplankton succession in an unstably stratified temperate lake (Lake Erken, Sweden): a long-term analysis // Hydrobiologia. V. 764. № 1. P. 211. https://doi.org/10.1007/s10750-015-2314-1
  38. Yang M., Xia J., Cai W. et al. 2020. Seasonal and spatial distributions of morpho-functional phytoplankton groups and the role of environmental factors in a subtropical river-type reservoir // Water Sci. Technol. V. 82. № 11. P. 2316. https://doi.org/10.2166/wst.2020.489

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences