ecodagЮг России: экология, развитиеSouth of Russia: ecology, development1992-10982413-0958State Institute of Applied Ecology of the Republic of Dagestan10.18470/1992-1098-2021-3-59-67ecodag-2279Research ArticleЭКОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХECOLOGY OF ANIMALSИсследование экологии зимнего планктона озера Байкал с использованием комплексных инструментальных методовInvestigation of the ecology of winter plankton of Lake Baikal using complex instrumental methodshttps://orcid.org/0000-0001-5829-9138НаумоваЕ. Ю.NaumovaE. Yu.

Елена Ю. Наумова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории ихтиологии

664009, Иркутск, ул. Улан‐Баторская, 3, а/я 278Тел. +79025783898

Elena Yu. Naumova, PhD, Department of Ichtyology

3 Ulan‐Batorskaya St, Irkutsk, 364033Теl. +79025783898

elena.baikalensis@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-2151-5789РжепкаТ. П.RzhepkaT. P.

Таисия П. Ржепка

Иркутск

Taisiya P. Rzhepka

Irkutsk

https://orcid.org/0000-0002-1758-4458МакаровМ. М.MakarovM. M.

Михаил М. Макаров

Иркутск

Mikhail M. Makarov

Irkutsk

https://orcid.org/0000-0003-1886-7174ОльшуковА. С.OlshukovA. S.

Алексей С. Ольшуков

Томск

Alexey S. Olshukov

Tomsk

https://orcid.org/0000-0002-5978-0107КучерК. М.KucherK. M.

Константин М. Кучер

Иркутск

Konstantin M. Kucher

Irkutsk

https://orcid.org/0000-0001-8425-1664МагомедоваМ. З.MagomedovaM. Z.

Мадина З. Магомедова

Махачкала

Madina Z. Magomedova

Makhachkala

https://orcid.org/0000-0002-6575-0465ТроицкаяЕ. С.TroitskayaE. S.

Елена С. Троицкая

Иркутск

Elena S. Troitskaya

Irkutsk

Лимнологический институт СО РАНРоссияLimnological Institute, Siberian Branch, Russian Academy of SciencesRussian FederationИркутский Государственный университетРоссияIrkutsk State UniversityRussian FederationНациональный исследовательский Томский государственный университет; Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАНРоссияNational Research Tomsk State University; V.E. Zuev Institute of Atmospheric Optics, Siberian Branch, Russian Academy of SciencesRussian FederationДагестанский государственный университетРоссияDagestan State UniversityRussian FederationЛимнологический институт СО РАН; Иркутский Государственный университетРоссияLimnological Institute, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; Irkutsk State UniversityRussian Federation20212710202116359‐67Copyright © Наумова Е.Ю., Ржепка Т.П., Макаров М.М., Ольшуков А.С., Кучер К.М., Магомедова М.З., Троицкая Е.С., 20212021Наумова Е.Ю., Ржепка Т.П., Макаров М.М., Ольшуков А.С., Кучер К.М., Магомедова М.З., Троицкая Е.С.Naumova E.Y., Rzhepka T.P., Makarov M.M., Olshukov A.S., Kucher K.M., Magomedova M.Z., Troitskaya E.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ecodag.elpub.ru/ugro/article/view/2279

Цель. Непрерывные наблюдения за изменением в экосистемах необходимо вести в связи с глобальными изменениями климата, которые влияют на состояние водных объектов. Дистанционные методы наблюдения имеют множество преимуществ в качестве перспективного метода мониторинга биоценозов крупных водоемов. Мы провели комплексное исследование с сопоставлением результатов, полученных с помощью новейших приборов и методов для расширения их дальнейшего применения при непрерывном мониторинге водных объектов.Материал и методы. При полевых исследованиях использованы кроме классических методов изучения экологии зоопланктона – сети Джеди и CTD зонда, также, гидроакустические датчики, погружную голографическую камеру, термодатчики высокого разрешения. Температуру воды, хлорофилл, фотосинтетически активную радиацию и другие параметры измеряли зондом AAQ‐Rinko. Мы приводим данные одной вертикали до глубины 100 м.Результаты. Основными компонентами мезозоопланктона в подледный период являются разные возрастные стадии эндемичного рачка Epischura baikalensis Sars, 1900 и несколько видов коловраток. В статье обсуждаются обнаруживаемые различными приборами неоднородности среды и распределения планктона.Заключение. Полученные с помощью комплекса приборов экспериментальные результаты показывают, что распределение зоопланктона очень сильно зависит от физических параметров среды. Применение дистанционных методов получения данных – важный шаг к автоматизации базового мониторинга экосистемы озера Байкал и других водоемов. Полученные полевые данные позволят в дальнейшем усовершенствовать алгоритм распознавания образов в программном обеспечении голографической установки именно для условий Байкала. Результаты вертикального распределения и миграций зоопланктона в связи с параметрами среды предполагается обрабатывать с использованием методов математического моделирования.

Aim. The continuous monitoring of changes in ecosystems must be carried out in connection with global climate changes that affect the state of water bodies. Remote sensing methods have many advantages as a promising method for monitoring biocenoses in large water bodies. We carried out a comprehensive study comparing the results obtained using the latest instruments and methods to expand their further application to the continuous monitoring of water bodies.Material and Methods. The field research was undertaken using hydroacoustic sensors, submersible holographic camera and high‐resolution thermal sensors in addition to the classical methods of studying the zooplankton ecology – the Juday net and CTD probe. Water temperature, chlorophyll, photosynthetically active radiation and other parameters were measured with an AAQ‐Rinko probe. We provided data for one vertical up to a depth of 100 m.Results. The main components of mesozooplankton during the ice period are different age stages of the endemic crustacean Epischura baikalensis Sars 1900 and several rotifer species. The article discusses the heterogeneity of the environment and the distribution of plankton detected by various instruments.Conclusion. The experimental results obtained with the help of a set of devices show that the distribution of zooplankton is very strongly dependent on the physical parameters of the environment. The use of remote sensing methods is an important step towards the automation of basic monitoring of the ecosystem of Lake Baikal and other water bodies. The obtained field data will make it possible to further improve the pattern recognition algorithm in the software of the holographic installation for the specific conditions of Lake Baikal. The results of the vertical distribution and migrations of zooplankton in connection with environmental parameters are assumed to be processed using mathematical modeling methods.

Мониторингзоопланктонпогружная голографическая камераБайкалтемпературахлорофиллMonitoringzooplanktonsubmersible holographic cameraBaikaltemperaturechlorophyllРабота выполнена при поддержке Проекта РФФИ 19‐07-00322 А. Работа выполнена при частичной поддержке проектов МИНОБРНАУКИ России 0279‐2021‐0004, 0279-2021‐0005, 0279‐2019‐0003.This work was supported by RFBR project 19‐07‐00322 A. This work was carried out with partial support of Ministry of Education and Science of Russia projects 0279‐2021-0004, 0279‐2021‐0005, 0279‐2019‐0003.ReferencesIzmest’eva L.R., Moore M.V., Hampton S.E., Ferverda C.J., Gray D.K., Woo K.H., Pislegina H.V., Krashchuk L.S., Shimaraeva S.V., Sylov E.A. Lake‐wide physical and biological trends associated with warming in Lake Baikal // Journal of Great Lakes Research. 2016. V. 42. Iss. 1. P. 6‐17. DOI: 10.1016/j.jglr.2015.11.006Izmest’eva L.R., Moore M.V., Hampton S.E., Ferverda C.J., Gray D.K., Woo K.H., Pislegina H.V., Krashchuk L.S., Shimaraeva S.V., Sylov E.A. Lake‐wide physical and biological trends associated with warming in Lake Baikal // Journal of Great Lakes Research. 2016. V. 42. Iss. 1. P. 6‐17. DOI: 10.1016/j.jglr.2015.11.006Naumova E.Yu., Zaidykov I.Yu. Spring zooplankton of pelagial of the Baikal Lake // Hydrobiological Journal. 2018. V. 54. Iss. 1. P. 33‐39. DOI: 10.1615/HydrobJ.v54.i1.30Naumova E.Yu., Zaidykov I.Yu. Spring zooplankton of pelagial of the Baikal Lake // Hydrobiological Journal. 2018. V. 54. Iss. 1. P. 33‐39. DOI: 10.1615/HydrobJ.v54.i1.30Jude D.J., Rudstam L.G., Holda T.J., Watkins J.M., Euclide P.T., Balcer M.D. Trends in Mysis diluviana abundance in the Great Lakes, 2006‐2016 // Journal of Great Lakes Research. 2018. V. 44. Iss. 4. P. 590‐599. DOI: 10.1016/j.jglr.2018.04.006Jude D.J., Rudstam L.G., Holda T.J., Watkins J.M., Euclide P.T., Balcer M.D. Trends in Mysis diluviana abundance in the Great Lakes, 2006‐2016 // Journal of Great Lakes Research. 2018. V. 44. Iss. 4. P. 590‐599. DOI: 10.1016/j.jglr.2018.04.006Naumova E.Yu., Zaidykov I.Yu., Makarov M.M. Recent quantitative values of Macrohectopus branickii (Dyb.) (amphipoda) from Lake Baikal // Journal of Great Lakes Research. 2020. V. 46. Iss. 1. P. 48‐52. DOI: 10.1016/j.jglr.2019.10.002Naumova E.Yu., Zaidykov I.Yu., Makarov M.M. Recent quantitative values of Macrohectopus branickii (Dyb.) (amphipoda) from Lake Baikal // Journal of Great Lakes Research. 2020. V. 46. Iss. 1. P. 48‐52. DOI: 10.1016/j.jglr.2019.10.002Dyomin V.V., Davydova A.Y., Morgalev Y.N., Olshukov A.S., Polovcev I.G., Morgaleva T.G., Morgalev S.Y. Planktonic response to light as a pollution indicator // Journal of Great Lakes Research. 2020. V. 46. Iss. 1. P. 41‐47. DOI: 10.1016/j.jglr.2019.10.012Dyomin V.V., Davydova A.Y., Morgalev Y.N., Olshukov A.S., Polovcev I.G., Morgaleva T.G., Morgalev S.Y. Planktonic response to light as a pollution indicator // Journal of Great Lakes Research. 2020. V. 46. Iss. 1. P. 41‐47. DOI: 10.1016/j.jglr.2019.10.012Rotermund L.M., Samson J., Kreuzer J. A submersible holographic microscope for 4‐D in‐situ studies of microorganisms in the ocean with intensity and quantitative phase imaging // Journal of Marine Science: Research and Development. 2016. V. 6. Iss. 1. Article: 181. DOI: 10.4172/2155‐9910.1000181Rotermund L.M., Samson J., Kreuzer J. A submersible holographic microscope for 4‐D in‐situ studies of microorganisms in the ocean with intensity and quantitative phase imaging // Journal of Marine Science: Research and Development. 2016. V. 6. Iss. 1. Article: 181. DOI: 10.4172/2155‐9910.1000181Davies E.J., Nepstad R. In situ characterisation of complex suspended particulates surrounding an active submarine tailings placement site in a Norwegian fjord // Regional Studies in Marine Science. 2017. V. 16. P. 198‐207. DOI: 10.1016/j.rsma.2017.09.008Davies E.J., Nepstad R. In situ characterisation of complex suspended particulates surrounding an active submarine tailings placement site in a Norwegian fjord // Regional Studies in Marine Science. 2017. V. 16. P. 198‐207. DOI: 10.1016/j.rsma.2017.09.008Guo B., Yu J., Liu H., Yuan G., Xu W., Hou R., et al. Miniaturized digital inline holographic camera for in‐situ plankton detection // Advanced Sensor Systems and Applications VIII. eds T. Liu, and S. Jiang, Beijing: SPIE, 2018. 32 p. DOI: 10.1117/12.2500788Guo B., Yu J., Liu H., Yuan G., Xu W., Hou R., et al. Miniaturized digital inline holographic camera for in‐situ plankton detection // Advanced Sensor Systems and Applications VIII. eds T. Liu, and S. Jiang, Beijing: SPIE, 2018. 32 p. DOI: 10.1117/12.2500788Lombard F., Boss E., Waite A.M., Vogt M., Uitz J., Stemmann L., Sosik H.M., Schulz J., Romagnan J.‐B., Picheral M., Pearlman J., Ohman M.D., Niehoff B., Möller K.O., Miloslavich P., Lara‐Lpez A., Kudela R., Lopes R.M., Kiko R., Karp‐Boss L., Jaffe J.S., Iversen M.H., Irisson J.‐O., Fennel K., Hauss H., Guidi L., Gorsky G., Giering S.L.C., Gaube P., Gallager S., Dubelaar G., Cowen R.K., Carlotti F., Briseño‐Avena C., Berline L., Benoit‐Bird K., Bax N., Batten S., Ayata S.D., Artigas L.F., Appeltans W. Globally consistent quantitative observations of planktonic ecosystems // Frontiers in Marine Science. 2019. V. 6. 196 p. DOI: 10.3389/fmars.2019.00196Lombard F., Boss E., Waite A.M., Vogt M., Uitz J., Stemmann L., Sosik H.M., Schulz J., Romagnan J.‐B., Picheral M., Pearlman J., Ohman M.D., Niehoff B., Möller K.O., Miloslavich P., Lara‐Lpez A., Kudela R., Lopes R.M., Kiko R., Karp‐Boss L., Jaffe J.S., Iversen M.H., Irisson J.‐O., Fennel K., Hauss H., Guidi L., Gorsky G., Giering S.L.C., Gaube P., Gallager S., Dubelaar G., Cowen R.K., Carlotti F., Briseño‐Avena C., Berline L., Benoit‐Bird K., Bax N., Batten S., Ayata S.D., Artigas L.F., Appeltans W. Globally consistent quantitative observations of planktonic ecosystems // Frontiers in Marine Science. 2019. V. 6. 196 p. DOI: 10.3389/fmars.2019.00196Мельник Н.Г. Исследования пространственновременной организации пелагиали озера Байкал // Материалы конференции «Чтения памяти проф. М.М. Кожова. Проблемы экологии», Иркутск, 1‐3 ноября, 2000. С. 64‐66.Melnik N.G. Issledovaniya prostranstvenno‐vremennoy organizatsii pelagiali ozera Baykal [Studies of the spatiotemporal organization of the pelagic zone of Lake Baikal]. Materialy konferentsii «Chteniya pamyati prof. M.M. Kozhova. Problemy ekologii», Irkutsk, 1‐3 noyabrya, 2000 [Proceedings of the conference “Readings in memory of prof. M.M. Kozhova. Ecological problems", Irkutsk, 1‐3 November 2000]. Irkutsk, 2000, pp. 64‐66. (In Russian)Rudstam L.G., Melnik N.G., Timoshkin O.A., Hansson S., Pushkin S.V., Nemov V. Daily dynamics of an aggregation of Macrohectopus branickii (Dyb.) (Amphipoda, Gammaridae) in Barguzin Bay, Lake Baikal, Russia // Journal of Great Lakes Research. 1992. V. 18. P. 286‐297.Rudstam L.G., Melnik N.G., Timoshkin O.A., Hansson S., Pushkin S.V., Nemov V. Daily dynamics of an aggregation of Macrohectopus branickii (Dyb.) (Amphipoda, Gammaridae) in Barguzin Bay, Lake Baikal, Russia // Journal of Great Lakes Research. 1992. V. 18. P. 286‐297.Тимошкин О.А., Мазепова Г.Ф., Мельник Н.Г. и др. Атлас и определитель пелагобионтов Байкала (с краткими очерками по их экологии). Новосибирск: Наука, Сибирская издательская фирма РАН, 1995. 693 с.Timoshkin O.A., Mazepova G.F., Melnik N.G. et al. Atlas i opredelitel' pelagobiontov Baykala (s kratkimi ocherkami po ikh ekologii) [Atlas and Keys to Baikal pelagobionts (with brief essays on their ecology)]. Novosibirsk, Nauka, Siberian RAS Publ., 1995, 693 p. (In Russian)Makarov M.M., Kucher K.M., Naumova E.Yu. Vertical distribution of zooplankton after rapid change in temperature and chlorophyll concentration // Limnology and Freshwater Biology. 2019. N 1. P. 177‐180. DOI: 10.31951/2658‐3518‐2019‐A‐1‐177Makarov M.M., Kucher K.M., Naumova E.Yu. Vertical distribution of zooplankton after rapid change in temperature and chlorophyll concentration // Limnology and Freshwater Biology. 2019. N 1. P. 177‐180. DOI: 10.31951/2658‐3518‐2019‐A‐1‐177Dyomin V.V., Davydova A.Yu., Morgalev S.Yu., Kirillov N.S., Olshukov A.S., Polovtsev I.G., Davydov S.A. Monitoring of Plankton Spatial and Temporal Characteristics with the Use of a Submersible Digital Holographic Camera // Frontiers in Marine Science. 2020. V. 7. Article: 653. DOI: 10.3389/fmars.2020.00653Dyomin V.V., Davydova A.Yu., Morgalev S.Yu., Kirillov N.S., Olshukov A.S., Polovtsev I.G., Davydov S.A. Monitoring of Plankton Spatial and Temporal Characteristics with the Use of a Submersible Digital Holographic Camera // Frontiers in Marine Science. 2020. V. 7. Article: 653. DOI: 10.3389/fmars.2020.00653Tereza E.P., Naumova E.Yu., Belykh O.I., Logacheva N.F., Pomazkova G.I., Dzyuba Y.V., Melnik N.G. Vertical distribution and feeding activity of Epischura baicalensis Sars (Copepoda) nauplii in response to two predators in Lake Baikal in winter // Fundamental and Applied Limnology. 2007. V. 169(3). P. 211‐216. DOI: 10.1127/1863-9135/2007/0169‐0211Tereza E.P., Naumova E.Yu., Belykh O.I., Logacheva N.F., Pomazkova G.I., Dzyuba Y.V., Melnik N.G. Vertical distribution and feeding activity of Epischura baicalensis Sars (Copepoda) nauplii in response to two predators in Lake Baikal in winter // Fundamental and Applied Limnology. 2007. V. 169(3). P. 211‐216. DOI: 10.1127/1863-9135/2007/0169‐0211

The authors declare that there are no conflicts of interest present.