INFLUENCE OF THE CONTENT OF ORGANIC CARBON IN BOTTOM SEDIMENTS OF THE NOTHERN CASPIAN SEA ON THE ABUNDANCE AND BIOMASS OF ZOOBENTHOS
Abstract and keywords
Abstract (English):
For the first time in the history of the researches on nutrition of benthic organisms in the Northern Caspian Sea, the assessment of statistical regularities between the content of organic matter in soils and benthos is made. Based on the ascertained statistical connections, there were defined 2 groups of benthic organisms: the biomass and number of the 1st group are negatively correlated with the level of accumulation of organic carbon, while the biomass and number of the 2nd group are positively dependent on the content of organic carbon. The concentration of organic carbon in bottom sediments of the Northern Caspian Sea for the period 1994-2011 changed from 0.01 to 2.82 %. Territorial distribution was heterogeneous. The greatest accumulation of organic carbon was fixed in sludgy soils. The destruction of organic matter in bottom sediments is caused by the abundance and biomass of infauna ( Chironomidae , Hypaniola kowalevskyi , Hediste diversicolor ). This group of organisms reduces a quantity of organic matter enhancing oxygen flow due to mechanical effect on the ground during the migration period. The coefficient of correlation between organic carbon and quantitative indicators of this group of organisms changed from -0.51 to -0.89. The most significant contact was fixed between organic carbon and the number of Chironomidae. The accumulation of organic carbon in the bottom sediments influences the abundance and the biomass of some representatives of nektobenthos ( Mysidae ), endobios ( Didacna protracta ), collectors ( Abra ovata ) and filter feeders ( Hypaniа angusticostata ). A positive correlation indicates an important role of organic matter in the nutrition of these hydrobionts. The coefficient of correlation between organic carbon and the number and biomass of the above-listed organisms changed from +0.67 to +0.93. The highest values of the correlation coefficient are fixed between the organic carbon content and the number of Paramysis ullskyi ( Mysidae ).

Keywords:
organic carbon, bottom sediments, the Northern Caspian Sea, abundance of zoobenthos, biomass of zoobenthos
Text
Введение Органическое вещество, накапливаемое донными отложениями, является пищевым материалом для бентосных организмов [1-3]. Некоторые многощетинковые черви и бокоплавы собирают поверхностный слой грунта [2]. Моллюски получают питательный материал путем фильтрации из осадка [4]. Многие представители типа Mollusca, класса Oligochaeta, семейства Corophiidae, отряда Cumacea и Mysidacea, рода Gammarus - грунтоеды [2, 5-7]. Некоторые организмы инфауны (в том числе малощетинковые черви) добывают пищу из глубинных слоев донных отложений (ДО) [2, 8]. Органоминеральные частицы ДО обнаружены в пищевом тракте многих аннелид (представителей инфауны, собирателей: Hediste diversicolor, Hypaniola kowalewskyi, Hypania invalida и др.), моллюсков (представителей инфауны, фильтраторов: Didacna trigonoides, Hypanis angusticostata, Hypanis vitrea, Cerastoderma lamarсki и собирателей: Abra ovata и др.), ракообразных (представителей инфауны, фильтраторов: Corophium chelicorne, Corophium curvispinum, представителей эпифауны, собирателей: Schizorhynchus bilamellatus, Pterocuma pectinata и др.), насекомых (представителей инфауны, собирателей: Chironomus behningii) [4]. Присутствие тех бентосных организмов, которые в ходе питания, дыхания и рытья нор создают конвективные потоки порового раствора и придонной воды через границу раздела «вода-дно» и при разрыхлении увеличивают поступление кислорода в осадок, влияет на перераспределение концентраций органического вещества в системе «грунт-вода» [9-12]. Исследования по питанию бентосных организмов Северного Каспия, проводившиеся ранее, касались либо зависимости биомассы зообентоса от органического стока р. Волги [13], либо визуального анализа карт по распределению органического вещества как в придонном слое воды, так и в поверхностной пленке ДО и бентоса [3], либо изучения способа питания и пищевого комка северо-каспийского зообентоса [1-2, 4]. Исследования связей между содержанием Сорг в ДО и количественными показателями бентосных организмов в Северном Каспии не проводились. Цель, материал и методика исследований Цель работы состояла в определении концентраций Сорг, численности и биомассы бентоса, а также в проведении статистического анализа для выявления зависимости между содержанием Сорг и количественными показателями бентосных организмов. Материалом для исследований послужили 380 проб ДО, сбор которых осуществлялся в 1994, 1996-1997, 2005-2011 гг. в западной части Северного Каспия. Органический углерод определяли методом Тюрина [14] и по ГОСТ 26213-91 [15]. Определение организмов проводили до вида [16]. Статистический анализ был выполнен по данным внутри каждого года. При недостаточном количестве случаев обнаружения организмов массивы группировались в периоды лет. Результаты исследований и их обсуждение Концентрация Сорг в осадках западной части Северного Каспия за период исследования изменялась от 0,01 до 2,82 %. Пространственное распределение Сорг характеризовалось неоднородностью. Высоким содержанием (свыше 1,40 %) отличались грунты, залегающие в области, подверженной влиянию западной струи волжского стока, и на свале о. Укатного. Низкий (до 0,40 %) уровень накопления Сорг отмечен в осадках предустьевого пространства р. Терек и Новинского осередка. Наиболее высокая интенсивность аккумуляции Сорг свойственна заиленным грунтам. Донные беспозвоночные Северного Каспия представлены как видами с узким диапазоном толерантности к солевому и температурному фактору, так и эврибионтами. На динамику донного сообщества влияют величина объема половодья, уровень моря, антропогенное воздействие, степень потребления их рыбами-бентофагами [17-19]. Статистический анализ, проведенный в ходе исследований, дал следующие результаты. Между количественными показателями представителей инфауны и содержанием Сорг в ДО выявлена отрицательная зависимость. Коэффициент корреляции в связи «Сорг - численность Chironomidae» был равен -0,68 при n = 13, р < 0,05 в 2012 г.; -0,77 при n = 24, р < 0,05 в 1994-1997 гг. и -0,89 при n = 13, р < 0,05 в 2011 г. (рис. 1). Теснота связи оценивалась как умеренная и тесная. а Рис. 1. Зависимость между уровнем накопления Сорг в ДО и численностью Chironomidae: а - в 2012 г. б в Рис. 1. Зависимость между уровнем накопления Сорг в ДО и численностью Chironomidae: б - в 1994-1997 гг.; в - в 2011 г. Слабая зависимость обнаружена между уровнем накопления Сорг в ДО и количественными показателями Hypaniola kowalevskyi (Polyhaeta). В 2006 г. коэффициент корреляции был равен -0,51 при n = 18, р < 0,05, биомасса, и -0,55 при n = 21, р < 0,05; численность, в 2009 г. (рис. 2). а Рис. 2. Зависимость между уровнем накопления Сорг в ДО и количественными показателями Hypaniola kowalevskyi: а - в 2006 г. б Рис. 2. Зависимость между уровнем накопления Сорг в ДО и количественными показателями Hypaniola kowalevskyi: б - в 2009 г. Характер связи «концентрация Сорг - численность Hediste diversicolor» оценивается как слабый: r = -0,51 при n = 16, р < 0,05 в 2006 г. и r = -0,62 при n = 18, р < 0,05 в 2007 г. (рис. 3). а б Рис. 3. Зависимость между уровнем накопления Сорг в ДО и численностью Hediste diversicolor: а - в 2006 г.; б - в 2007 г. Таким образом, такие представители инфауны, как Chironomidae, Hypaniola kowalevskyi и Hediste diversicolor оказывают влияние на деструкцию органического вещества в ДО, что объясняется как уменьшением содержания органического вещества в ДО в процессе их питания, так и усилением притока кислорода при механическом воздействии на грунт в ходе их миграций. Положительная корреляционная зависимость отмечена между концентрацией Сорг в ДО и количественными показателями Mysidae (нектобентос) и некоторых представителей типа Mollusca. В связях «содержание Сорг в ДО - численность мизид» и «содержание Сорг в ДО - биомасса мизид» в 2005-2012 гг. коэффициенты корреляций были равны +0,86 и +0,80 соответственно при n = 21, р < 0,05 (рис. 4), причем очень тесная связь отмечена с Paramysis ullskyi: r = +0,93 и +0,90 при n = 13, р < 0,05, численность и биомасса соответственно (рис. 5). а б Рис. 4. Зависимость между уровнем накопления Сорг в ДО и: а - численностью; б - биомассой мизид а Рис. 5. Зависимость между уровнем накопления Сорг в ДО и: а - численностью Paramysis ullskyi б Рис. 5. Зависимость между уровнем накопления Сорг в ДО и: б - биомассой Paramysis ullskyi Выявлена также очень тесная связь между концентрацией Сорг и численностью мизид в 1994-1997 гг.: r = + 0,90 при n = 14, р < 0,05 (рис. 6). Рис. 6. Зависимость между уровнем накопления Сорг в ДО и численностью мизид в 1994-1997 гг. Между содержанием Сорг в ДО и биомассой Hypania angusticostata обнаружена тесная положительная связь. Коэффициент корреляции в 2005-2012 гг. составил + 0,86 при n = 16, р < 0,05 (рис. 7). Рис. 7. Зависимость между уровнем накопления Сорг в ДО и биомассой Hypania angusticostata в 2005-2012 гг. Теснота связи «Сорг - биомасса Abra ovata» изменялась от умеренной до очень тесной. В 2005-2012 гг. коэффициент корреляции составил + 0,67 при n = 10, р < 0,05; в 1994-1997 гг. - +0,95 при n = 16, р < 0,05 (рис. 8). а б Рис. 8. Зависимость между уровнем накопления Сорг в ДО и биомассой Abra ovata: в - в 2005-2012 гг.; б - в 1994-1997 гг. Между содержанием Сорг в ДО и биомассой Didacna protracta (эндобиос) выявлена умеренная связь: r = +0,75 при n = 19, р < 0,05 (рис. 9). Рис. 9. Зависимость между уровнем накопления Сорг в ДО и биомассой Didacna protracta Положительная зависимость между содержанием Сорг в ДО и количественными показателями мизид и моллюсков позволяет утверждать, что органическое вещество, содержащееся в грунтах, играет важную роль в их питании. Заключение Таким образом, в ходе исследований было установлено, что содержание Cорг в донных отложениях Северного Каспия в 1994-2011 гг. изменялось от 0,01 до 2,82 %. На деструкцию органического вещества в донных отложениях оказывают влияние численность и биомасса инфауны (Chironomidae, Hypaniola kowalevskyi, Hediste diversicolor). Данная группа организмов снижает количество органического вещества усилением притока кислорода при механическом воздействии на грунт в ходе миграций. Характер связи оценен как слабый и умеренный. Наиболее значимая связь выявлена между содержанием Cорг и численностью Chironomidae. Наличие тесных положительных корреляционных связей между содержанием Cорг и количественными показателями нектобентоса (Mysidae), эндобиоса (Didacna protracta), собирателей (Abra ovata) и фильтраторов (Hypaniа angusticostata) предполагает использование органического вещества донных отложений в их питании. Наибольшие значения коэффициента корреляции отмечены между содержанием Cорг и численностью Paramysis ullskyi (Mysidae).
References

1. Yablonskaya E. A. Pitanie Nereis succinea v Kaspiyskom more / E. A. Yablonskaya // Sb. rabot ob akklimatizacii Nereis succinea v Kaspiyskom more. M.: Izd-vo Mosk. o-va ispytateley prirody, 1952. Vyp. 33. S. 285-351.

2. Romanova N. N. Sposoby pitaniya i pischevye gruppirovki donnyh bespozvonochnyh Severnogo Kaspiya / N. N. Romanova // Tr. Vsesoyuz. gidrobiol. o-va. 1963. T. XIII. S. 146-177.

3. Yablonskaya E. A. Vodnaya vzves' kak pischevoy material dlya organizmov bentosa Kaspiyskogo morya / E. A. Yablonskaya // Tr. VNIRO. 1969. T. LXV. S. 85-147.

4. Yablonskaya E. A. Issledovanie troficheskih svyazey v donnyh soobschestvah yuzhnyh morey / E. A. Yablonskaya // Resursy biosfery. 1976. Vyp. 2. S. 117-144.

5. Hunt O. D. The food of the bottom fauna of the Plymouth / O. D. Hunt // J. Marine Biol. Assoc. U. K. 1925. Vol. 13. P. 560-599.

6. Briskina M. M. Sostav pischi donnyh bespozvonochnyh v severnoy chasti Kaspiyskogo morya / M. M. Briskina // Dokl. VNIRO. 1952. Vyp. I. S. 126-131.

7. Yablonskaya E. A. Mnogoletnie izmeneniya biomassy raznyh troficheskih grupp bentosa Severnogo Kaspiya / E. A. Yablonskaya // Tr. VNIRO. 1975. T. CVIII. S. 50-64.

8. Izosimov V. V. Klass maloschetinkovyh chervey Oligochaeta. Rukovodstvo po zoologii / V. V. Izosimov. M.: Izd-vo AN SSSR, 1940. T. 2. S.157-204.

9. Klenova M. V. Geologiya morya / M. V. Klenova. M.: Uchpedgiz, 1948. 495 s.

10. Martynova M. V. Rol' nekotoryh bentosnyh organizmov v udalenii soedineniy N i R iz donnyh otlozheniy (obzor) / M. V. Martynova // Gidrobiologicheskiy zhurnal. 1985. T. 21, № 6. S. 44-48.

11. Matisoff G. Particle mixing by freshwater infaunal bioirrigators: Midges (Chironomidae: Diptera) and mayflies (Ephemeroptera) / G. Matisoff, W. Xiaosong // J. Great Lakes Res. 2000. Vol. 26, no. 2. P. 174-182.

12. Ólafsson J. S. Alteration of biogenic structure and physical properties by tube-building chironomid larvae in cohesive sediments / J. S. Ólafsson, D. M. Paterson // Aquat. Ecol. 2004. Vol. 38, no. 2. P. 219-229.

13. Vinogradov L. G. Predstoyaschie izmeneniya kaspiyskoy kormovoy fauny i neobhodimye mery po ee ukrepleniyu / L. G. Vinogradov // Tr. VNIRO. 1959. T. 38, vyp. 1. S. 165-175.

14. Metodicheskoe rukovodstvo po analizu organicheskogo veschestva donnyh otlozheniy / pod red. E. M. Zaslavskogo. M.: VNIRO, 1980. 64 s.

15. GOST 26213-91. Pochvy. Metody opredeleniya organicheskogo veschestva. M.: Komitet standartizacii i metrologii, 1993. 8 s.

16. Atlas bespozvonochnyh Kaspiyskogo morya / pod red. Ya. A. Birshteyna i dr. M.: Pisch. prom-st', 1968. 414 s.

17. Kaspiyskoe more: fauna i biologicheskaya produktivnost' / pod red. E. A. Yablonskoy. M.: Nauka, 1985. 278 s.

18. Malinovskaya L. V. Sostoyanie donnoy fauny Kaspiyskogo morya v 2004 g. / L. V. Malinovskaya, L. A. Kochneva // Rybohozyaystvennye issledovaniya na Kaspii: Rezul'taty NIR za 2004 g. Astrahan': Izd-vo KaspNIRH, 2005. S. 140-148.

19. Malinovskaya L. V. Dinamika zoobentosa Severnogo Kaspiya v period pod'ema urovnya morya / L. V. Malinovskaya, T. D. Zinchenko // Izv. Samar. nauch. centra RAN. 2012. T. 14, № 5. S. 179-185.


Login or Create
* Forgot password?