|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ПсковГУ |
||
Метаболизм планктона и углекислый газ в поверхностном слое водоема при изменении погоды (РНФ)НИР
Plankton metabolism and carbon dioxide in the surface layer of the reservoir during weather changes
- Руководитель НИР: Гончаров А.В.
- Участники НИР: Ефимова Л.Е., Пронина Ю.О., Романова У.А.
- Подразделение: Кафедра гидрологии суши
- Срок исполнения: 1 января 2025 г. - 31 декабря 2026 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 25-27-00016
- Номер ЦИТИС: 125031103527-8
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Глобальные и региональные изменения окружающей среды и общества
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: возможность эффективного ответа российского общества на большие вызовы
- ПН России: Рациональное природопользование
- Направление технологического прорыва России: Стратегические информационные технологии
- Критическая технология России: Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения
-
Рубрики ГРНТИ:
- 37.21.51 Прикладная метеорология
- 37.25.03 Океанологические наблюдения и обработка данных
- 37.27.02 Общие проблемы
-
Ключевые слова:
автоматизированные измерения, углекислый газ, климат, солнечная радиация, изменение погоды, дыхание, метаболизм планктона, водная экология, геленджик, температура воды, первичная продукция, растворенный кислород, можайское водохранилище
respiration, climate, carbon dioxide, weather change, mozhaisk reservoir, gelendzhik, automated measurements, primary production, plankton metabolism, water temperature, dissolved oxygen, solar radiation, aquatic ecology -
Описание:
выяснение закономерностей метаболизма планктона (первичной продукции и дыхания) при разных гидрометеорологических условиях и оценка влияния этих процессов на обмен СО2 между атмосферой и водой.
-
Abstract:
Plankton is the main functional element of aquatic ecosystems. Its metabolism consists of opposite processes - primary production and respiration of the community, which involve almost all chemicals in the reservoir. Therefore, plankton determines the gas regime, as well as many other hydrochemical parameters. The exchange of CO2 between the ocean and the atmosphere depends on the metabolism of plankton, which means the state of the Earth's climate system. The synthesis of organic matter depends on it, which means that the food supply of aquatic inhabitants depends on it. The massive development of phytoplankton leads to the "flowering" of water, eutrophication and deterioration of water quality. Therefore, a lot of attention is paid to the study of plankton and its functioning all over the world. The current work (both in our country and abroad) is aimed at considering long periods of time (ecosystem functioning) – weeks, months, years. As a result, intraday changes, which essentially make up all the others, remain unexplored. This is due to the lack of acceptable methods for conducting short-term observations. A feature of our work is the study of intraday changes in metabolism - gross primary production and respiration - plankton. To carry out such studies, we have developed a special device that allows us to measure the gross primary production and plankton respiration in the surface, most active layer of the reservoir around the clock (patent RU 179250 U1). The device uses the well-known oxygen flask method, in which we automated the change of water in the vessels and the registration of dissolved oxygen. The results obtained using the new method will be used not only to analyze intra–day changes in plankton, but also over long periods of time - weeks, months (the production plant can operate automatically for a long time). At the same time, meteorological parameters (air temperature, wind speed and direction, illumination), the state of the water mass (according to the vertical distribution of water temperature, etc.) are recorded. This will allow us to assess the impact of changing weather conditions on plankton metabolism. In addition, the content of biogenic elements affecting phytoplankton productivity is periodically determined, as well as the composition and quantitative parameters of phyto- and zooplankton. The influence of climate on plankton metabolism will be considered according to the scenarios of events that have already been observed (described) at the Mozhaisk reservoir. So, with the warming of the climate, the period of ice formation in the reservoir is shortened, the growing season is lengthened. Summer stratification increases and becomes more prolonged, vertical mixing of the water mass weakens; this leads to depletion of the surface layers with biogenic elements, a decrease in the intensity of photosynthesis and consumption of carbon dioxide from water. The observations will be carried out at the Mozhaisk reservoir (Krasnovidovskaya UNB of the Geographical Faculty of Moscow Заявка № 25-27-00016 Страница 4 из 29 State University), where the production unit operates, as well as at the Southern Branch of the Institute of Oceanology of the Russian Academy of Sciences in the Blue Bay (Gelendzhik), where the determination of carbon dioxide exchange between water and the atmosphere has been established. Thus, measuring the metabolism of plankton in the Blue Bay will allow us to assess its effect on CO2 fluxes in the atmosphere-sea system. And the use of similar methods for determining gas exchange at the water-air boundary in Krasnovidovo, in addition to production studies, will make it possible to consider the features of the process in fresh waters. Thus, this project is aimed at solving the fundamental problem of identifying patterns of formation of the ecological state of water bodies with changes in weather and climate. The main task is to study the features of intra–day changes in plankton metabolism in the surface layer of a reservoir under different hydrometeorological conditions and how this affects the exchange of CO2 in the water-air system in marine and fresh waters.
-
Планируемые результаты:
1. Будут выявлены особенности внутрисуточных изменений первичной продукции и дыхания планктона в Можайском водохранилище и в Голубой бухте Черного моря в основные сезоны года, при изменениях погоды. 2. Будет определен характер изменения основных метеорологических параметров (температуры воздуха, солнечной радиации, скорости и направления ветра, атмосферного давления и осадков и др.); будет оценена их роль в формировании вертикальной структуры водоемов (в вертикальном распределении температуры воды и других параметров). 3. Будет определено влияние гидрометеорологических факторов на внутрисуточные изменения метаболизма планктона и потоков СО2. 4. Будут изучены состав и структура планктонного сообщества (фитопланктона, зоопланктона, бактериопланктона) и их роль в короткопериодичных изменениях метаболизма планктона. 5. Будет определен характер поведения во времени основных биогенных элементов и органического вещества; будет дана оценка их роли в продукционно-деструкционных процессах в водоеме.
-
Научный задел:
Участники проекта на протяжении многих лет занимаются всесторонним изучением Можайского и других водохранилищ. Являются авторами многочисленных статей и соавторами нескольких книг по рассматриваемой тематике, в том числе обобщения: Пуклаков В.В., Даценко Ю.С., Гончаров А.В. и др. 2015. Гидроэкологический режим водохранилищ Подмосковья. М.: Перо. 286 с. Участники проекта ежегодно проводят лимнологическую практику студентов-гидрологов на УНБ «Красновидово», где в той или иной степени рассматривают вопросы, затрагиваемые в Заявка № 25-27-00016 Страница 24 из 29 проекте. В частности, здесь и предложен метод непрерывного определения первичной продукции и дыхания планктона, сконструирована соответствующая исследовательская установка, получен патент (RU 179250 U1). А.В.Гончаров и Л.Е.Ефимова совместно принимали участие в ряде проектов: Изменения гидрологического режима водных объектов суши и их учет при обеспечении безопасности водопользования, 2011 - 2015 гг. (Номер ЦИТИС: 012001154408) Анализ, моделирование и прогнозирование изменений гидрологических систем, водных ресурсов и качества вод суши (ГЗ) (госбюджет, номер ЦИТИС 121051400038-1) 2021-2025 гг. Разработка моделей и технологий дистанционной диагностики состояния и режима водных объектов суши, 2012-2013 гг. Номер ЦИТИС: 01201279273 Параметризация характеристик речного стока для диагностики возникновения опасных гидрологических явлений и их экологических последствий 2014-2018 гг. (РНФ № 14-17-00155) Номер ЦИТИС: 114112770049 Гидрологический режим водных объектов суши в условиях изменения климата и антропогенного воздействия, 2016 г. - 2020 г.г. Номер ЦИТИС: АААА-А16- 116032810054-3. Оценка и прогноз трансграничного перемещения вредных (загрязняющих) веществ в системе река Селенга-озеро Байкал», 2015 - 2017 г. (ФЦП) 23-ГК/ФЦП-Б-2015
-
Основные результаты:
Результаты исследования вносят вклад в развитие новой научной тематики – закономерности внутрисуточных изменений метаболизма планктона - для решения задач оценки и мониторинга экологического состояния водных объектов, для разработки теории функционирования водных экосистем и их взаимодействия с атмосферой.
- Добавил в систему: Гончаров Александр Валентинович
Источник финансирования НИР
| грант РНФ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. | Метаболизм планктона и углекислый газ в поверхностном слое водоема при изменении погоды |
| Результаты этапа: Запланированные результаты достигнуты. В ходе краткосрочных исследований на Можайском водохранилище в 2025 г. показано, что: 1. В период 17-25 мая происходило возрастание температуры воздуха и воды, устанавливалась вертикальная стратификация водной массы водохранилища. Одновременно с увеличением рН вследствие фотосинтеза, происходило снижение среднесуточных значений парциального давления СО2 в воде (с максимальных 829 ppm до 595 ppm); наблюдалось увеличение амплитуды суточных колебаний рСО2 в воздухе, среднесуточное содержание CО2 в воздухе возрастало с 430 ppm в начале до 440-454 ppm в конце периода наблюдений). 2. Парциальное давление газа в воде превышало таковое в воздухе, поэтому условий для поглощения СО2 водоемом не было. Вместе с тем, на протяжении рассматриваемого периода, величина потока СО2 в атмосферу снижалась - одновременно со снижением скорости ветра. Рассматриваемые параметры демонстрируют хорошо выраженную суточную динамику: СО2 – в результате изменения продукционно-деструкционных процессов в воде и на суше, а скорость ветра – в соответствии с суточным ходом температуры воздуха. 2. Показано, что содержание СО2 в воде определяется величиной рН (коэффициент корреляции между этими параметрами r=0.99). Поток СО2 из воды регулировался прежде всего скоростью ветра (коэффициент корреляции между этими параметрами r=0.86). Соотношение парциального давления газа в воде и воздухе определяло в основном направление потока, который, в период исследования, был направлен из водоема в атмосферу и изменялся от 0 (в ночное время) до 16.1 ммольСО2/м2*сут (в дневное время). (По результатам данного исследования подготовлена статья "Суточная изменчивость и потоки углекислого газа на Можайском водохранилище весной 2025 г." - принята к публикации в журнале "Океанологические исследования" в №1, 2026 г.) Анализ результатов ранее проведённых в 2019 г. исследований показал что: 1. Газовый режим в водоеме в значительной степени зависит от гидрометеорологических условий. Антициклональная погода летом приводит к усилению вертикальной стратификации в водоеме, что способствует распространению бескислородной зоны от дна до глубины 6 м и быстрому увеличению СО2 в гиполимнионе до 190 мгСО2/л. У поверхности в это время, наоборот, увеличивается содержание О2 до 120-150% насыщения и снижается СО2 (до 0.2 мгСО2/л) - в результате фотосинтеза. При этом парциальное давление рСО2 в воде у поверхности становится меньше, чем в атмосфере, что создает условия для поглощения СО2 водоемом со скоростью около 0.6 ммольСО2/м2*сут. 2. Циклональная погода и похолодание осенью приводят к перемешиванию водной массы. Сформировавшиеся за лето бескислородные воды, поднимаются к поверхности, парциальное давление рСО2 здесь становится больше, чем в атмосфере и углекислый газ выделяется из водоема со скоростью около 6.4 ммольСО2/м2*сут. 3. То есть, по наблюдениям 2019 года, скорость выделения СО2 из воды осенью значительно больше, чем поглощение летом, что связано как с высокими значениями парциального давления СО2 в поверхностном слое воды, так и с разной среднесуточной скоростью ветра в исследуемые периоды. Полученные результаты нуждаются в уточнении путем организации одновременных определений скорости ветра и парциального давления СО2 в воде и в воздухе. (По результатам данного исследования подготовлена статья "Гидрометеорологические условия и газовый состав вод (СО2 и О2) по наблюдениям на Можайском водохранилище в 2019 г." - принята к публикации в журнале "Вестник МГУ, серия 5. География".) Исследования в Голубой бухте Черного моря, проводились в августе – ноябре 2025 г. и находятся в стадии обработки. Вместе с тем сейчас можно представить некоторые предварительные результаты: 1. По данным за август 2025 г., планктон в заливе был очень беден – средняя биомасса составляла около 0.5 мг/л. Доминировала по биомассе крупноклеточная диатомовая водоросль Pseudosolenia calcar-avis. У нее клетки большого объёма и очень мало хлорофилла на единицу объёма. По численности наибольший вклад вносили мелкие 3-7 мкм неопределенные жгутиковые. 2. Этим количественным параметрам планктона соответствовали и его функциональные характеристики – первичная продукция и деструкция органического вещества, определявшиеся с помощью авторской продукционной установки. Валовая первичная продукция в августе была очень мала - около 0.6 мгО2/л*сут. Однако во время значительного волнового взмучивания продукция возрастала - возможно, из-за добавления в воду водорослей и биогенных элементов со дна. 3. Исследование с использованием продукционной установки (см. файл с дополнительными материалами) даёт основание предложить следующую гипотезу функционирования водной экосистемы в Голубой бухте. Днём (с середины дня до вечера) суша нагревается быстрее, чем море и возникает дневной бриз, приносящий в бухту насыщенный кислородом поверхностный слой воды из открытого моря. Ночью (с вечера сегодня до утра-середины дня завтра) суша быстро остывает- возникает ночной бриз, уносящий поверхностную воду обратно в море, ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ Проект № 25-27-00016 Страница 8 из 30 а на ее место подымается придонная вода, обеднённая кислородом. 4. При сравнении выясняется, что В Можайском водохранилище основную роль играют вертикальные связи- потоки вещества и энергии от поверхности ко дну и обратно (сменяющие друг друга в результате установления вертикальной стратификации или перемешивания). В Голубой бухте большое значение имеет горизонтальное взаимодействия – прибрежных вод с открытым морем. Хотя апвелинг и тут имеет место… 5. Разный трофический статус приводит к тому, что если в Можайском вдхр. летом под воздействием фотосинтеза в воде активно используется СО2, и появляется возможность извлечения СО2 из атмосферы, то в олиготрофной Голубой бухте такая возможность выражена значительно меньше… В то же время, в эвтрофном водоеме (в Можайском вдхр) в периоды стратификации в придонных слоях бактериопланктон в значительном количестве продуцирует СО2, который в периоды перемешивания водной массы выбрасывается в атмосферу. Таким образом, сходство между рассматриваемыми пресноводной и морской экосистемами состоит в том, что обе они находятся под значительным влиянием гидрометеорологических условий. А различие заключается в том, что процессы в Красновидовском плёсе (метаболизм планктона, потоки углекислого газа) зависят от вертикального переноса вещества и энергии, а в Голубой бухте – от горизонтального. Такая гипотеза нуждается в проверке при проведении дальнейших исследований. Кроме того по результатам проведённого исследования, появляются ещё некоторые вопросы (гипотезы), связанные с ветром: 1. Если, как мы видим, ветер играет очень большую роль в формировании потоков СО2 (как в пресном водоеме, так и в морском прибрежье), а сам он зависит от температуры, то не влияет ли современное повышение температуры на ветровую активность и через неё на потоки СО2? 2. Если в ходе дальнейшего исследования подтвердится гипотеза о том, что внутрисуточные изменения кислорода в прибрежной зоне моря зависят не столько от метаболизма планктона, сколько от ветрового нагона (сгона) при чередовании ночного и дневного бриза, то возможно, что и суточная динамика СО2 тоже регулируется этим процессом? | ||
| 2 | 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. | Метаболизм планктона и углекислый газ в поверхностном слое водоема при изменении погоды |
| Результаты этапа: - | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".
Прикрепленные файлы
| № | Имя | Описание | Имя файла | Размер | Добавлен |
|---|