Fosylne pigmenty roślinne biomarkerami stanu środowiska ekosystemów wodnych

• Autorzy: Sigareva L. E. , Gierszewski P. , Zakonnov V. V.

Warianty tytułu

EN

Fossil plant pigments as biomarkers of water ecosystem environmental state

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Analiza zawartości i składu pigmentów roślinnych w osadach dennych zbiorników wodnych jest skuteczną metodą pozwalającą na ocenę produktywności biologicznej akwenów oraz składu gatunkowego algocenoz. Na podstawie wielkości rozkładu i stopnia zachowania pigmentów w osadach moSna wnioskować o warunkach środowiskowych panujących w zbiornikach wodnych w przeszłości. Metoda ta jest skutecznym narzędziem stosowanym w rekonstrukcjach paleolimnologicznych jak i charakterystyce współczesnych środowisk jeziornych, w tym szczególnie przy określaniu przebiegu sedymentacji. Możliwości metody wskazują, że może być ona wykorzystywana również w badaniach paleogeomorfologicznych i sedymentologicznych. W artykule, na podstawie bogatej literatury oraz badań osadów zbiornika włocławskiego scharakteryzowano właściwości pigmentów, mechanizmy ich przemian i uwarunkowania przetrwania pigmentów w osadach, techniki analityczne oraz możliwości zastosowań i interpretacji w badaniach ekosystemów wodnych. Przedstawiono także możliwości wykorzystania pigmentów roślinnych w ocenie produktywności biologicznej osadów dennych zbiornika włocławskiego oraz uwarunkowań przebiegu procesów sedymentacyjnych, w tym przede wszystkim destrukcji materii organicznej w osadach dennych.

EN

The analysis of plant pigments content in bottom deposits of water reservoirs is a very effective method allowing to estimate biological productivity of reservoirs and specific composition of algocenosis. On the basis of decay size and degree of pigments preservation in sediments it is possible to conclude about environmental conditions of the water reservoirs that had existed in the past. This method is an effective tool used in both paleolimnological recontructions and present lake environment characteristics, especially in defining the process of sedimentation. Features of method show that it can be used in paleomorphological and sedimentological research as well. In the article, on the basis of literature and the investigation of Włocławek Reservoir sediments, it has been characterized pigments properties, mechanisms of their transformation and conditionings of pigments survival in sediments, analytical techniques, as well as possibilities of application and interpretation in water ecosystem research. It has been also described possibilities of plant pigments use in assessment of Włocławek Reservoir bottom deposits biological productivity and conditionings of sedimental processess, especially organic matter destruction in bottom deposits.

Słowa kluczowe

PL

fosylne pigmenty roślinne; degradacja; zastosowania; zbiorniki zaporowe

EN

fossil plant pigments; degradation; applications; dam reservoir

• Wydawca: Stowarzyszenie Geomorfologów Polskich
• Czasopismo: Landform Analysis
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 12
• Strony: 99--108
• Opis fizyczny: Bibliogr. 47 poz., rys.

Twórcy

autor

Sigareva L. E.

autor

Gierszewski P.

autor

Zakonnov V. V.

• Instytut Biologii Wód Śródlądowych, Rosyjska Akademia Nauk, 152742 Borok, Rosja

Bibliografia

• Adams M.S., Prentki R.T., 1986. Sedimentary pigments as an index of the trophic status of Lake Mead. Hydrobiologia, 143: 71-77.
• Bianchi T.S., 2007. Biogeochemistry of estuaries. Oxford University Press.
• Bianchi T.S., Findlay S., Dawson R., 1993. Organic matter sources in the water column and sediments of the Hudson River estuary: the use of plant pigments as tracers. Estuarine Coastal Shelf Sci, 36: 359–376.
• Bianchi T.S., Johansson B., Elmgren R., 2000.Breakdown of phytoplankton pigments in Baltic sediments: effects of anoxia and loss of depositfeeding macrofauna. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 251: 161–183.
• Buchaca T., Catalan J., 2008. On the contribution of phytoplankton and benthic biofilms to the sediment record of marker pigments in high mountain lakes. J. Paleolimnol, 40: 369–383.
• Carpenter S.R., Elser M.M., Elser J.J., 1986. Chlorophyll production, degradation, and sedimentation: Implications for paleolimnology. Limnol. Oceanogr., 31, 1: 112-124
• Chen N., Bianchi T.S., Bland J.M., 2003. Implications for the role of pre-versus post-depositional decay of chlorophyll-a in the lower Mississippi River and Louisiana shelf. Marine Chemistry, 81: 37-55.
• Dell’Anno A., Mei M.L., Pusceddu A., Danovaro R., 2002. Assessing the trophic state and eutrophication of coastal marine systems: a new approach based on the biochemical composition of sediment organic matter. Marine Pollution Bulletin, 44: 611–622.
• Dos Santos A.C.A, Calijuri M.C., Moraes E.M., Adorno M.A.T., Falco P.B., Carvalho D.P., Deberdt G.L.B., Benassi S.F., 2003. Comparsion of three methods for Chlorophyll determination: Spectrophotometry and Fluorometry in samples containing pigment mixtures and spectrophotometry in samples with separate pigments through High Performance Liquid Chromatography. Acta Limnol. Bras, 15, 3: 7-18.
• Gierszewski P., 2005. Zróżnicowanie troficzne Zbiornika Włocławskiego w półroczu letnim na tle warunków przepływu wody. [W:] Jeziora i sztuczne zbiorniki wodne – procesy przyrodnicze oraz znaczenie społeczno-gospodarcze, Andrzej T. Jankowski, Mariusz Rzętała (red.). Uniwersytet Śląski – WNoZ, PTLim., PTG, Sosnowiec: 59-72.
• Gierszewski P., 2008. Wieloletnie i sezonowe tendencje zmian jakości wód dolnej Wisły w okresie funkcjonowania Zbiornika Włocławskiego. [W:] Konferencja jubileuszowa z okazji 40-lecia działalności Stacji Naukowo-Badawczej IGiPZ PAN w Szymbarku. XVIII Ogólnopolskie Sympozjum ZMŚP, Szymbark, 14-16 maja 2008. Streszczenia referatów i posterów, A. Kostrzewski, W. Bochenek (red.). PAN IGiPZ. Stacja Naukowo-Badawcza w Szymbarku: 23-24.
• Gierszewski P., Szmańda J.B., 2007. Interpretacja środowisk sedymentacyjnych zbiornika włocławskiego na podstawie badań uziarnienia osadów dennych. [W:] Rekonstrukcja dynamiki procesów geomorfologicznych – formy rzeźby i osady, E. Smolska, D. Giriat (red.). WGiSR UW, Komitet Badań Czwartorzędu, Warszawa: 165-176.
• Gorham E., Lund J.W.G., Sanger J.E., Dean W.E., 1974. Some relationships between algal standing crop, water chemistry, and sediment chemistry in the English lakes. Limnol. Oceanogr., 19, 4: 601–617.
• Head E.J.H., Harris L.R., 1992. Chlorophyll and carotenoid transformation and destruction by Calanus spp. grazing on diatoms. Mar. Ecol. Prog. Ser., 86: 229–238.
• Hurley J.P., Armstrong D.E., 1990. Fluxes and transformations of aquatic pigments in Lake Mendota, Wisconsin. Limnol. Oceanogr., 35, 2: 384-398.
• Hurley J.P., Garrison P.J., 1993. Composition and sedimentation of aquatic pigments associated with deep plankton in lakes. Can. J. Fish. Aquat. Sci., 50: 2713–2722.
• Hyodo F., Tsugeki N., Azuma J., Urabe J., Nakanishi M., Wada E., 2008. Changes in stable isotopes, lignin-derived phenols, and fossil pigments in sediments of Lake Biwa, Japan: Implications for anthropogenic effects over the last 100 years.Science of the Total Environment, 403: 139- 147.
• Itoh N., Tani Y., Soma M., 2003. Sedimentary photosynthetic pigments of algae and phototrophic bacteria in Lake Hamana, Japan: temporal changes of anoxia in its five basins. Limnology, 4: 139–148.
• Kajak Z., 1998. Hydrobiologia-Limnologia. Ekosystemy wód śródlądowych. PWN, Warszawa.
• Kowalewska G., 2001. Algal pigments in Baltic sediments as markers of ecosystem and climate changes, Climate Research, 18: 89-96.
• Kowalewska G., 2005. Algal pigments in sediments as a measure of eutrophication in the Baltic environment. Quaternary International, 130:141–151.
• Kowalewska G., Szymczak M., 2001. Influence of selected abiotic factors on the decomposition of chlorophylls. Oceanologia, 43, 3: 315-328.
• Leavitt P.R. 1993. A review of factors that regulate carotenoid and chlorophyll deposition and fossil pigment abundance. J. Paleolimnology, 9: 109-127.
• Leavitt P.R., Carpentar S.R., Kitchell J.F., 1989. Whole-lake experiments: The annual record of fossil pigments and zooplankton. Limnology and Oceanography, 34: 700-717.
• Leavitt P.R., Carpenter S.R., 1990. Regulation of pigment sedimentation by photo-oxidation and herbivore grazing. Can. J. Fish. Aquat. Sci., 47:1166–1176.
• Leavitt P.R., Vinebrooke R.D., Donald D.B., Smol J.P., Schindler D.W., 1997. Past ultraviolet radiation environments in lakes derived from fossil pigments. Nature, 388: 457-459.
• Lorenzen C.J., 1967. Determination of chlorophyll and phaeo–pigments: spectrophotometric equations. Limnology and Oceanography, 12, 2: 343–346.
• Nelson J.R., 1993. Rates and possible mechanism of light-dependent degradation of pigments in detritus derived from phytoplankton. Jour. Mar. Res., 51: 155-179.
• Peters K.E., Walters C.C., Moldowan J.M., 2005. The Biomarker Guide, Vol. 1: Biomarkers and Isotopes in the Environment and Human History. Cambridge University Press.
• Reuss N., Conley D.J., Bianchi T.S., 2005. Preservation conditions and the use of sediment pigments as a tool for recent ecological reconstruction in four Northern European estuaries. Marine Chemistry, 95: 283– 302.
• Reuss N., Leavitt P.R., Hall R.I., Bigler Ch., Hammarlund D., 2009. Development and application of sedimentary pigments for assessing effect of climatic and environmental changes on subarctic lakes in northern Sweden. J. Paleolimnol. DOI 10.1007/s.10933-009-9323-x.
• Scheer H., 1991. Structure and Occurrence of Chlorophylls. CRC Press, Boca Raton, Florida: 3–30.
• Sigarieva L.E., 2006. Formirovanie i transformaci fonda rastitielnyh pigmentov v vodoemah verhnevolžskogo bassejna. Аvtoref. dis. Doktora boil. nauk. Мoskva.
• Sigarieva L.E., Zakonnov V.V., Тimofeeva N.A., 2000. Оcenka èkologičeskogo sostoâniâ oz. Pleŝeevo po pigmentnym harakteristikam donnyh otloženij. Problemy regional’noj èkologii, 6: 100-113.
• Sigarieva L.E., Timofeeva N.A., 2001. Studying the Correlation between Vegetable Pigments Content of Bottom Deposits and the Thropic Status Indices of the Gor’kovskoe Reservoir. Water Resources, 28, 6: 678-687.
• Sigarieva L.E.,, Timofeeva N.A., 2004. Sodieržanie rastitielnyh pigmentov v litoral’nyh otloženiâh Rybinskogo bodohraniliŝa v raznye povodnosti gody. Biologiâ vnutriennih vod, 1: 25-35.
• Sigarieva L.E., Timofeeva N.A., 2005. The content of Vegetative Pigments in Bottom Sediments of the Mesotrophic Uglich Reservoir. Inland Water Biology, 2: 47-55.
• Smol J.P., 2002. Pollution of lakes and rivers: A paleoenvironmental perspective: New York, Oxford University Press.
• Sunn M.Y., Lee C., Aller, R.C., 1993. Laboratory studies of oxic and anoxic degradation of chlorophyll-a in Long Island sound sediments. Geochimica et Cosmochimica Acta, 57: 147–157.
• Szyjkowski A., 1983. Barwniki roślinne i ich znaczenie w rozwoju fitoplanktonu. Ochrona Środowiska, 5, 3-4: 47-53.
• Szymczak-Żyła M., Kowalewska G., 2007. Chloropigments a in the Gulf of Gdańsk (Baltic Sea) as markers of the state of this environment. Marine Pollution Bulletin, 55: 512–528.
• Timofeeva N.A., Sigarieva L.E., 2004. Relationships between the Concentrations of Phyto-Pigments, Nitrogen, and Phosphorus in Bottom Deposits of Water Reservoirs. Water Resources, 31, 3: 303-306.
• Vallentyne J.R., 1960. Fossil pigments. [W:] M.B. Allen (red.), Comparative Biochemistry of Photoreactive Systems. Academic Press, New York: 83-105.
• Welschmeyer N.A., Lorenzen C.J., 1985. Role of herbivory in controlling phytoplankton abundance: annual pigment budget for a temperate marine fjord. Mar. Biol., 90: 75–86.
• Wright S.W., Jeffrey S.W., Mantoura R.F.C, Llewellyn C. A., Bjørnland T., Repeta D., Welschmeyer N., 1991. Improved HPLC method for the analysis of chlorophylls and carotenoids from marine phytoplankton. Mar. Ecol. Prog. Ser., 77: 183-196.
• Yentsch C.S., Menzel D.W., 1963. A method for the determination of phytoplankton chlorophyll by fluorescence. Deep Sea Res., 10: 221-231.
• Zakonnov V.V., 1993. Akkumulâciâ biogennyh èlementov v donnyh otloženiâh vodohraniliŝ Volgi. [W:] Оrganičeskoe veŝestvo donnyh otloženij volžskih vodohraniliŝ. Gigrometeoizdat, Sankt-Peterburg: 3–16.