Проект: Исследование закономерностей функционирования трофических цепей в меромиктических озерах

Проект: Исследование закономерностей
функционирования трофических цепей в
меромиктических озерах
Руководитель проекта: к.б.н., доцент Задереев Егор Сергеевич
Исполнитель: Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Сибирский федеральный университет»
Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и
научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., в
рамках реализации мероприятия № 1.2.2 Проведение научных
исследований научными группами под руководством кандидатов наук
Цель проекта:
Получение новых знаний о функционировании трофических цепей
стратифицированных меромиктических озер и последующее
использование полученных закономерностей и разработанных
математических моделей для анализа динамики водных экосистем,
оценки последствий антропогенных или других воздействий.
Задачи третьего этапа выполнения НИР
 продолжение круглогодичных биосъёмок на озерах Шира и Шунет;
 проведение лабораторных экспериментов по исследованию
трофических взаимоотношений в паре фитопланктон-зоопланктон;
 анализ содержания стабильных изотопов углерода и биогенных
элементов в звеньях трофической цепи;
 создание биолого-гидродинамической модели озер Шира и Шунет;
 написание программного обеспечения для анализа данных подводных
видеонаблюдений.
Команда проекта
Объекты исследования
Меромиктические озера
Шира и Шунет
Озеро Шира
Меромиктические озера
являются перспективными
объектами для исследования
механизмов формирования
вертикальных
неоднородностей живого в
водных экосистемах, а также
функционирования
трофической сети в условиях
стратифицированного
распределения физикохимических факторов среды.
Озеро Шунет
Выполненные работы и
основные результаты
С помощью автономных непрерывных регистраторов температуры показано,
что в озере Шира наблюдаются кратковременные существенные вариации
глубины термоклина (в масштабах нескольких метров) связанные с
воздействием ветра и наличием внутренних волн.
0
Динамика сезонного профиля
температуры, полученная с
помощью автономных
регистраторов termohron с
01.06.2011 по 08.10.2011.
5
10
15
20
25
9.06.11
18.06.11
26.06.11
4.07.11
13.07.11
21.07.11
30.07.11
7.08.11
15.08.11
24.08.11
Время
1.09.11
9.09.11
18.09.11
5
10
Суточная динамика профиля
температуры, полученная с
помощью автономных
регистраторов termohron с 4.07.11
по 5.07.11
Глубина, м
Глубина, м
1. Мониторинг физико-химической
стратификации
15
20
00:33
06:33
11:33
16:33
21:33
02:33
4.07.11
5.07.11
Время
07:33
12:33
17:33
22:33
Исследование донных осадков как индикатора
стратификации в озере
Впервые проанализирован состав каротиноидов, захороненных в верхних
слоях донных отложений озера Шира. Наличие каротиноидов фототрофных
серных бактерий свидетельствует о присутствии сероводорода в фотической
зоне озера в последние 2000 лет, что указывает на длительную
стратификацию водной толщи.
Хроматограмма экстракта из донных отложений озера Шира
1 – аллоксантин; 2 – лороксантин (может быть несколько
совмещенных пиков); 3- лютеин; 4 – зеаксантин; 5 – transокенон; 6 – cis-окенон
2. Проведена серия лабораторных экспериментов по
исследованию трофических взаимоотношений в паре
фитопланктон-зоопланктон при разных уровнях
температуры, пищевой обеспеченности, концентрации
зоопланктона.
Схема проточных камер для
изучения взаимодействия
зоопланктона с
микроводорослями.
Монтаж экспериментальной
системы в полевой лаборатории
Трофические взаимоотношения фитопланктонзоопланктон
Показано, что удельный рацион доминирующих в зоопланктоне исследуемых
озер рачков A.salinus линейно увеличивается с ростом концентрации корма в
среде и не зависит от температуры. Скорость выделения пеллет определяется
в первую очередь температурой и не зависит от концентрации корма. Это
свидетельствует о высокой адаптации рачков к низким концентрациям корма, и
их способности поддерживать оптимальный рацион при недостатке пищи.
Зависимость рациона и количества выделенных пеллет рачками A.salinus от
концентрации корма (Chl.vulgaris) и температуры.
3. Выполнен анализ содержания биогенных
элементов в звеньях трофической цепи
4. Создана биолого-гидродинамическая
меромиктического озера путем совмещения
математической модели трофической цепи с
гидродинамической моделью
Главный лист Excel оболочки единой
биолого-гидродинамической модели.
Лист со списком параметров единой
биолого-гидродинамической модели.
С использованием программы SIMLAB v.2.2 с помощью метода Морриса
проведен анализа модели на чувствительность.
Из всех параметров единой биолого-гидродинамической модели (около 170 шт.)
был выбран набор из 75 элементов, который содержит наиболее варьируемые
параметры, либо параметры, чьи значения не известны достоверно.
В качестве оцениваемых результатов работы модели выбраны максимальные
концентрации 14 основных компонент модели и глубины, на которой
расположены эти максимальные значения.
Пример. Графическое представление результатов анализа чувствительности для
моделируемой компоненты – зеленые водоросли. Левый рисунок – влияние модельных
параметров на максимальную концентрацию зеленых водорослей. Правый рисунок –
влияние на глубину расположения в водной толще максимальной концентрации
зеленых водорослей. Значимость параметра для результата расчета определяется
длиной вектора из начала координат до отображенной точки, представляющей
рассматриваемый параметр.
Процедура
необходима для
калибровки
модели, а так же
позволяет
предварительно
оценить
адекватность
модели в
описании
моделируемой
экосистемы.
5. Разработано программное обеспечение для анализа
видео-данных и автоматического определения
вертикального распределения планктонных
организмов.
Основное окно программы обработки
подводного видео. Зелеными рамками
выделены детектируемые объекты.
Различные системы для съемки
подводного видео в работе
Разработанная программа
позволяет в автоматическом
режиме определять
вертикальное распределение
планктонных организмов в
столбе воды.
Окно параметров графика.
Распределение численности организмов зоопланктона
размером менее 2 мм, зарегистрированных с помощью
погружной видеосистемы в озере Шира (09.10.2011).
Видеоматериал обработан с помощью специально
созданной программы VideoSoft
Выполнение целевых индикаторов и
показателей Программы
Публикации авторов- членов научного
коллектива
 Учебные пособия – 1
Современные аппаратура и методы исследования
биологических систем. Большой практикум [Электронный
ресурс] : учеб. пособие / Т. Г. Волова, Е. И. Шишацкая, Э.
Дж. Сински и др. ; под. ред. : Т. Г. Воловой, Э. Дж. Сински.
– Электрон. дан. (16 Мб). – Красноярск : Сибирский
федеральный университет, 2011. – (Современные
аппаратура и методы исследования биологических
систем. Большой практикум : учеб.-метод. комплекс по
дисциплине / Т. Г. Волова, Е. И. Шишацкая, Э. Дж. Сински
и др. ; под. ред. : Т. Г. Воловой, Э. Дж. Сински). – 1
электрон. опт. диск (CD). – Систем. требования : Intel
Pentium (или аналогичный процессор других
производителей) 1 ГГц ; 512 Мб оперативной памяти ; 50
Мб свободного дискового пространства ; привод CD/DVD ;
операционная система Microsoft Windows XP / Vista / 7 ;
Adobe Reader 7.0 (или аналогичный продукт для чтения
файлов формата pdf). ISBN 978-5-7638-2412-4 (пособия)
ISBN 978-5-7638-2411-7 (комплекса)
Выполнение целевых индикаторов и
показателей Программы
Публикации авторов- членов научного коллектива
 Публикации в высокорейтинговых российских и зарубежных журналах -1
Д. Ю. Рогозин, В. В. Зыков, И. А. Калугин, А. В. Дарьин, А. Г. Дегерменджи.
Каротиноиды фототрофных организмов в донных отложениях
меромиктического озера Шира (Россия, Сибирь) как индикатор
стратификации озера в прошлом // Доклады РАН 2011. т.439, №2, С. 282-285
 Тезисы – 6
Полученные за отчетный период главные результаты: в виде объектов
учета единого реестра результатов научно-технической деятельности
(РНТД)
 Обеспечение (математическое, программное, методическое,
информационное) результат превосходит мировой уровень
 Алгоритм (инструкция, программа) соответствует мировому уровню
 Анализ (обобщение, сбор данных) - соответствует мировому уровню
Выполнение целевых индикаторов и
показателей Программы
Участие в работе конференций
 Франко-российский семинар "Влияние изменения
климата на эколого-физиологические характеристики
водных организмов" (сентябрь, Лион, Франция)
 IV Международная научная конференция «Озерные
экосистемы: биологические процессы, антропогенная
трансформация, качество воды» (сентябрь, Нарочь,
Белоруссия)
 3-й Байкальский микробиологический симпозиум с
международным участием (октябрь, Иркутск)
 XV Международная научная школа-конференция
студентов и молодых ученых «Экология Южной Сибири
и сопредельных территорий» (ноябрь, Абакан)
Популяризация и публичное представление
результатов
27 сентября 2011 года в арт-клубе
НИИ КуДА (Новосибирск)
руководитель проекта Егор
Задереев прочитал научнопопулярную лекцию на тему
«Тайны соленых озер».
6 октября 2011 года в сюжете
в программе «Новое утро»
красноярской телекомпании ТВК
участник проекта, кандидат
физико-математических наук
Денис Рогозин рассказал
о научных исследованиях
на соленых озерах Хакасии.
Страница проекта на сайте
Сибирского федерального университета
Адрес страницы: http://bio.sfu-kras.ru/meromictic
Создана страница проекта включающая:
 Основную информацию о проекте
 Список исполнителей проекта и их резюме
 Видеоматериалы, иллюстрирующие работу по проекту
 Полезные ссылки и материалы в сети