Шістдесят років змін навколишнього середовища в найбільшому в світі прісноводному озері - Байкалі, Сибір

СТЕФАНІ Е ГЕМПТОН

* Національний центр екологічного аналізу та синтезу, Каліфорнійський університет - Санта-Барбара, Санта-Барбара, Каліфорнія 93101, США

ЛЮБОВ Р ІЗМЕСТЬЄВА

† НДІ біології Іркутського державного університету, Іркутськ 664003, Росія

МЕРІАННА В МУР

‡ Департамент біологічних наук, Велслі Коледж, Велслі, Массачусетс 02481, США

СТИФЕН Л КАЦ

§ Північно-західний науковий центр рибальства, NOAA Fisheries, Сіетл, штат Вашингтон, 98112, США

БРІАН ДЕНІС

Відділи статистики та рибних ресурсів та ресурсів дикої природи, Університет Айдахо, Москва, ID 83844, США

ЄВГЕН СЛІГО

† НДІ біології Іркутського державного університету, Іркутськ 664003, Росія

Анотація

Дані високої роздільної здатності, зібрані за останні 60 років однією родиною сибірських вчених на Байкалі, свідчать про значне потепління поверхневих вод і довгострокові зміни в базальній харчовій мережі найбільшого, найдавнішого озера у світі. Озеро Байкал, яке досягає глибини понад 1,6 км, є найглибшим і об'ємним з найбільших озер світу. Підвищення середньої температури води (1,21 ° С з 1946 р.), Хлорофілу А (300% з 1979 р.) Та впливової групи пасовиків зоопланктону (збільшення кількості кладоцеранів на 335% з 1946 р.) Можуть мати важливі наслідки для кругообігу поживних речовин та динаміки харчової мережі. Результати багатовимірного авторегресивного моделювання (MAR) дозволяють припустити, що кладоцерани сильно зросли у відповідь на температуру, але не на біомасу водоростей, і кладоцерани пригнічували деякі ресурси водоростей без помітних наслідків запліднення. Зміни на Байкалі особливо значущі як інтегрований сигнал довгострокового потепління регіону, оскільки, як очікується, це озеро буде одним із найбільш стійких до кліматичних змін через свій величезний обсяг. Ці висновки підкреслюють важливість доступних, довгострокових даних моніторингу для розуміння реакції екосистеми на масштабні стресові фактори, такі як зміна клімату.

Вступ

Антропогенні зміни клімату підняли температуру повітря та води у всьому світі (Houghton et al., 2001), а потепління навколишнього середовища в Сибіру перевершило оцінки потепління в інших місцях (Serreze et al., 2000; Shimaraev et al., 2002;). Для місцевостей з високими широтами, які зараз свідчать про значне підвищення температури, відповідні біологічні зміни на суші були значно більшими, ніж у нижчих широтах (Root et al., 2003). Однак спостерігається біологічна реакція на зміну клімату в системах прісних вод на контрастних широтах менша за чисельністю і, здається, досить неоднорідна [наприклад, (Quayle et al., 2002; O'Reilly et al., 2003;)]. Тут ми використовуємо практично невідомий довгостроковий набір даних і описуємо суттєві фізичні та біологічні зміни, що відбулися в Байкалі протягом останніх 60 років. Ці результати показують, як найбільше в світі озеро - система серед найбільш стійких до кліматичних змін та інших стресових факторів через його величезний обсяг та теплову інерцію - зараз змінюється, і вони демонструють критичну роль, яку довгострокові дослідження та моніторинг відіграють у попередженні науковому та управлінському співтовариству до змін екосистем.

Охоплюючи понад 4 ° широти і отримавши максимальну глибину більше 1,6 км, озеро Байкал в Сибіру є найглибшим, найбільшим (за обсягом) і найдавнішим озером у світі. Через свої величезні розміри він впливає на клімат у регіоні, який переживає різке потепління навколишнього середовища (Serreze et al., 2000; Shimaraev et al., 2002; Smith et al., 2005; Walter et al., 2006;). Ендемізм та біотична різноманітність цього стародавнього озера помітно високі, що сприяє рішенню ЮНЕСКО 1996 року визначити Байкал об’єктом всесвітньої спадщини. Незвичайна ендемічна фауна включає єдину у світі прісноводну ластоногу (байкальську нерпу Phoca sibirica), 344 види амфіпод - деякі з них проявляють гігантизм (наприклад, Acanthogammarus maximus) - і 33 види скульптурних риб, включаючи глибоку напівпрозору голомянку (Comephorus baicalensis та Comephorus dybowskii), що нагадують морські риби бездоні.

На озері Байкал, починаючи з 1945 року, три покоління біологів в одній сибірській родині спокійно підтримують одну з найбільш детальних і послідовних програм лімнологічного моніторингу у світі. Фізичні та біологічні дані, зібрані з інтервалом 7–10 днів у всі сезони року, мають неоціненну наукову значимість, охоплюючи 60 років екологічних змін при високому часовому та таксономічному дозволі. Ці дані виявляють значне підвищення температури води, що узгоджується з нещодавніми повідомленнями про швидке потепління Сибіру (Serreze et al., 2000; Shimaraev et al., 2002;) та довгострокові зміни крижаного покриву озера Байкал (Magnuson et al., 2000; Тодд і Маккей, 2003;). Крім того, ми повідомляємо про значні зміни в біомасі водоростей та складі зоопланктону, що впливає на кругообіг поживних речовин у цій ультра-оліготрофній системі.

Методи

навколишнього

Озеро Байкал та його вододіл (Heim et al., 2008), що показує російсько-монгольський кордон, залізниці, основні притоки (річка Селенга, річка Верхня Ангара та річка Баргузін) та основний вихід річки Ангара. Станція відбору проб, з якої були проаналізовані дані, знаходиться в 2,7 км від берега від Більших Котів (51.9018, 105.0665) над водою глибиною приблизно 800 м.

Довгостроковий аналіз тенденцій

Аналіз взаємозв’язків планктон – середовище

Для виявлення потенційних рушіїв динаміки планктону ми щомісяця піддавали дані з 1974 по 1997 рр. Багатофакторному авторегресивному (MAR) аналізу (Ives et al., 2003; Hampton & Schindler, 2006;). Ці роки були обрані для мінімізації відсутніх значень (відсутні дати зоопланктону = 4, дати фітопланктону відсутні = 23, загальні дати = 264). Для груп водоростей зміна методів консервації зразків фітопланктону в 1973 р. Ускладнює нашу здатність досліджувати повні часові ряди в одному аналізі. Ми згрупували планктон у дев'ять широких таксономічних категорій: копеподи, коловертки, кладоцерани, хризофіти, криптофіти, ціанобактерії, діатомові водорості, динофлагеляти та зелені водорості. Там, де відсутні дані, ми використовували лінійно інтерпольовані значення. У випадку з фітопланктоном даних 1991 року не було - для цих зразків ми замінили середні значення для кожного місяця. Ряди даних були перетворені ln, так що моделі могли б більш ефективно характеризувати нелінійні взаємозв'язки (Ives, 1995). Дані стандартизували на безрозмірні одиниці (Z-бали), віднімаючи середнє значення для кожного таксону та діливши на його стандартне відхилення, щоб ефекти в отриманих моделях були безпосередньо порівнянними.