Structure and dynamics of plankton communities in the coastal zone of the Curonian Lagoon of the Baltic Sea in 2017–2021 in the period of Cyanobacterial bloom

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The structure and dynamics of plankton communities in the coastal zone of the Curonian Lagoon of the Baltic Sea in January-December 2017–2021 was studied. It was found that at the coastal shallow littoral station surrounded by macrophytes the species diversity was higher, and the quantitative characteristics of phytoplankton and zooplankton were lower in all seasons and years of the study than at the deeper coastal station located behind the macrophyte belt. The exception was the period when, as a result of surge events, the phytoplankton biomass in the coastal littoral in October–November 2018 increased to 326–627 g/m3. Every year, “blooms” of water by Cyanobacteria with different intensity and duration were observed at the Lagoon. The abundant of cells of potentially toxic Сyanobacteria exceeded the World Health Organization standard, as a rule, in the summer months at a deep-water coastal station, especially in 2017–2018. This had a negative impact on the state of the entire ecosystem, primarily on zooplankton organisms, in which communities the proportion of dead individuals increased. Water during the period of Cyanobacterial “blooms” in summer and autumn 2017–2018 also had an acute toxic effect on planktonic test organisms.

Full Text

Restricted Access

About the authors

O. A. Dmitrieva

Russian Federal Research Institute of Fisheries and Oceanography “VNIRO”; Shirshov Institute оf Oceanology, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: phytob@yandex.ru

Atlantic Branch

Russian Federation, Kaliningrad; Moscow

A. S. Semenova

Russian Federal Research Institute of Fisheries and Oceanography “VNIRO”; Papanin Institute for Biology of Inland Waters Russian Academy of Sciences

Email: phytob@yandex.ru

Atlantic Branch

Russian Federation, Kaliningrad; Borok, Nekouzskii raion, Yaroslavl oblast

E. Y. Kazakova

Russian Federal Research Institute of Fisheries and Oceanography “VNIRO”

Email: phytob@yandex.ru

Atlantic Branch

Russian Federation, Kaliningrad

References

  1. Андроникова И.Н. 1996. Структурно-функциональная организация зоопланктона озерных экосистем разных трофических типов. СПб.: Наука.
  2. Багиров Н.Э., Ежова Е.Е., Ланге Е.К. и др. 2021. Результаты экологического мониторинга прибрежной зоны Куршского залива на территории национального парка “Куршская коса” в 2020 году // Проблемы изучения и охраны природного и культурного наследия национального парка “Куршская коса”. С. 144.
  3. Биологические методы контроля. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний. 2007. ФР 1.39.2007.03222. М.: Акварос.
  4. Брагинский Л.П., Береза В.Д., Величко И.М. и др. 1968. “Пятна цветения”, нагонные массы, выбросы сине-зеленых водорослей и происходящие в них биологические процессы // “Цветение” воды. Киев: Наук. думка. С. 92.
  5. Герб М.А., Ежова Е.Е., Ланге Е.К. и др. 2019. Характеристика состояния биоты литоральной зоны Куршского залива на территории национального парка “Куршская коса” в 2018 году // Проблемы изучения и охраны природного и культурного наследия национального парка “Куршская коса”. Калининград: Изд-во Балтийск. федеральн. ун-та им. И. Канта. Вып. 15. С. 82.
  6. Герб М.А., Ланге Е.К., Ежова Е.Е., и др. 2018. Характеристика состояния биоты литоральной зоны Куршского залива в национальном парке “Куршская коса” в 2017 г. // Проблемы изучения и охраны природного и культурного наследия национального парка “Куршская коса”. Калининград: Изд-во Балтийск. федеральн. ун-та им. И. Канта. Вып. 14. С. 72.
  7. Дмитриева О.А. 2017. Исследование закономерностей пространственно-временных изменений структурных и количественных показателей фитопланктона в различных районах Балтийского моря: Дис. … 309 с.
  8. Дубовская О.П. 2008. Оценка количества мертвых особей рачкового зоопланктона в водоеме с помощью окрашивания проб анилиновым голубым: методические аспекты применения // Журн. Сиб. Фед. ун-та. Сер. Биология. № 2. С. 145.
  9. Ежова Е.Е., Ланге Е.К., Русских Я.В. и др. 2012. Токсические “цветения” фитопланктона в Куршском и Вислинском заливах Балтийского моря // Междунар. конф. “Актуальные проблемы планктонологии”: Тез. докл. Калининград: Изд-во АтлантНИРО. С. 100.
  10. Корнева Л.Г., Соловьева В.В., Русских Я.В., Чернова Е.Н. 2012. Состояние фитопланктона и содержание цианотоксинов в Рыбинском, Горьковском и Чебоксарском водохранилищах в период аномально жаркого лета 2010 г. // Бассейн Волги в XXI веке: структура и функционирование экосистем водохранилищ: Матер. докл. Всерос. конф. пос. Борок, 22–26 октября 2012 г. Ижевск: Издатель Пермяков. С. 138.
  11. Копылов А.И., Лазарева В.И., Минеева Н.М., Заботкина Е.А. 2020. Планктонное сообщество крупного эвтрофного водохранилища в период аномально высокой температуры воды // Биол. внутр. вод. № 4. С. 315. https://doi.org/10.31857/S0320965220040099
  12. Кутова Т.Н. 1973. О соотношении развития высших растений и фитопланктона в оз. Едрово // Изв. ГосНИОРХ. Т. 84. С. 96.
  13. Ланге Е.К. 2013. Фитопланктонный комплекс российской части Куршского залива (2001–2007 гг.) // Изв. Калининград. гос. техн. ун-та. № 28. С. 87.
  14. Ланге Е.К., Герб М.А., Ежова Е.Е., и др. 2020. Результаты экологического мониторинга прибрежной зоны Куршского залива на территории национального парка “Куршская коса” в 2019 году // Проблемы изучения и охраны природного и культурного наследия национального парка “Куршская коса”. Калининград: Изд-во Балтийск. федеральн. ун-та им. И. Канта. Вып. 16. С. 99.
  15. Ложкина Р.А., Томилина И.И., Гапеева М.В. 2020. Долговременные изменения качества воды Рыбинского водохранилища по данным биотестирования // Трансформация экосистем. № 3. С. 125.
  16. Методика изучения биогеоценозов внутренних водое­мов. 1975. М.: Наука.
  17. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости цериодафний. 2007. Федеральный реестр (ФР). ФР 1.39.2007.03221. М.: Акварос.
  18. Науменко Е.Н. 2006. Зоопланктон прибрежной части Куршского залива. Калининград: Изд-во АтлантНИРО.
  19. Науменко Е.Н. 2008. Видовой состав зоопланктона Куршского и Вислинского заливов Балтийского моря // Тр. Зоол.ин-та РАН. Т. 312. № 1/2. С. 155.
  20. Науменко Е.Н. 2009. Зоопланктон в эстуариях разного типа (на примере Куршского и Вислинского заливов Балтийского моря) // Биология внутр. вод. № 1. С. 76.
  21. Оленина И.А. 1996. Видовой состав фитопланктона залива Куршю-Марес и прибрежной зоны юго-восточной части Балтийского моря // Botanica Lithuanica. Т. 2. № 3. С. 259.
  22. Полунина Ю.Ю., Родионова Н.В. 2017. Характеристика зоопланктонного сообщества // Система Балтийского моря. М.: Науч. мир. С. 258.
  23. Ривьер И.К. 2012. Холодноводный зоопланктон озер бассейна Верхней Волги. Ижевск: Издатель Пермяков С.А.
  24. Садчиков А.П., Кудряшов М.А. 2004. Экология прибрежно-водной растительности. М.: Изд-во НИА-Природа. РЭФИА.
  25. Семенова А.С. 2010а. Индикаторная роль зоопланктона в оценке экологического состояния Куршского залива: Дис. ... канд. биол. наук: 03.02.08. Борок. 280 с.
  26. Семенова А.С. 2010б. Изменения зоопланктона Куршского залива в период “гиперцветения” воды // Поволжский экол. журн. № 1. С. 86.
  27. Семенова А.С. 2011. Доля мертвых особей в зоопланктоне Куршского залива Балтийского моря // Биология внутр. вод. № 3. С. 35.
  28. Семенова А.С. 2013. Изменение показателей смертности зоопланктона Куршского залива в условиях аномально жаркого лета 2010 г. // Вода: химия и экология. № 12(65). С. 50.
  29. Семенова А.С., Дмитриева О.А. 2010. “Цветение” сине-зеленых водорослей как одна из причин повышения смертности зоопланктона Куршского залива Балтийского моря // Бюл. МОИП. Отд. Биол. Т. 118. № 6. С. 19.
  30. Семенова С.Н., Смыслов В.А. 2005. Состояние фитоцена Куршского залива Балтийского моря на рубеже XX–XXI веков // Гидробиологические исследования в бассейне Балтийского моря, Атлантическом и Тихом океанах на рубеже тысячелетий. Калининград: Изд-во АтлантНИРО. C. 17.
  31. Семенченко В.П. 2013. Зоопланктон литоральной зоны озер разного типа. Минск: Беларус. навука. С. 172.
  32. Сиделев С.И., Семенова А.С. 2022. Пространственное распределение хлорофилла “а”, токсичных цианобактерий и зоопланктона в макрофитной и фитопланктонной частях оз. Неро (Ярославская обл.) // Актуальные проблемы планктонологии: IV Всерос. конф.: Матер. (Светлогорск, 25–30 сентября 2022 г.). Калининград: ФГБОУ ВО “КГТУ”. С. 177.
  33. Сиделев С.И., Семенова А.С. 2019. Экологическая роль цианобактериальных токсинов (микроцистинов) в водных экосистемах // Цианобактерии/цианобактерии: систематика, экология, распространение: Матер. докл. II Междунар. науч. шк.-конф. С. 54.
  34. Сухаревич В.И., Поляк Ю.М. 2020. Глобальное распространение цианобактерий: причины и последствия (обзор) // Биология внутр. вод. № 6. С. 562. https://doi.org/10.31857/S0320965220060170
  35. Томилина И.И., Гапеева М.В., Ложкина Р.А. 2018. Оценка качества воды и донных отложений каскада водохранилищ р. Волга по показателям токсичности и химического состава // Тр. Ин-та биол. внутр. вод РАН. № 82(85). С. 106.
  36. Томилина И.И., Ложкина Р.А., Чалова И.В. 2020. Токсикологические исследования мелководного высокоэвтрофного оз. Неро (Ярославская область). Сообщение 1. Вода // Тр. Ин-та биол. внутр. вод РАН. № 91(94). С. 100.
  37. Уселите С.И. 1959. Фитопланктон залива Куршю Марес и его сезонная динамика // Куршю Марес. С. 139.
  38. Фельдман М.В. 2006. Оценка распространения и запаса аэрогидрофитов российской части Куршского залива // Проблемы изучении и охраны природного и культурного наследия национального парка “Куршская коса”. Калининград. С. 172.
  39. Фельдман М.В. 2008. Высшая водная растительность Куршского залива // Рыбохозяйственный кадастр трансграничных водоемов России (Калининградская область) и Литвы. Калининград: Изд-во “ИП Мишуткина”. С. 25.
  40. Aleksandrov S., Krek A., Bubnova E., Danchenkov A. 2018. Eutrophication and effects of algal bloom in the south-western part of the Curonian Lagoon alongside the Curonian Spit (Russia) // Baltica. V. 31. № 1. P. 1. https://doi.org/10.5200/baltica.2018.31.01
  41. Belykh O.I., Dmitrieva O.A., Gladkikh A.S., Sorokovi­kova E.G. 2013. Identification of toxigenic cyanobacteria of the genus Microcystis in the Curonian Lagoon (Baltic Sea) // Oceanology. V. 53. № 1. P. 71. https://doi.org/10.7868/S0030157413010024
  42. Bickel S.L., Tang K.W., Grossart H.P. 2008. Use of aniline blue to distinguish live and dead crustacean zooplankton composition in freshwaters // Freshwater Biol. V. 54. № 5. P. 971. https://doi.org/10.1111/j.1365-2427.2008.02141.x
  43. Chernova E., Sidelev S., Russkikh I. et al. 2020. Spatial distribution of cyanotoxins and ratios of microcystin to biomass indicators in the reservoirs of the Volga, Kama and Don Rivers, the European part of Russia // Limnologica. V. 84. P. 125. https://doi.org/10.1016/j.limno.2020.125819
  44. Dmitrieva O.A., Semenova A.S. 2011. Seasonal dynamics of phyto- and zooplankton and their Interactions in the hypereutrophic reservoir // Inland Water Biol. V. 4. № 3. P. 308. https://doi.org/10.1134/S1995082911030059
  45. Dzialls C., Grossart H.P. 2011. Increasing oxygen and water temperature select for Microcystis sP. // PloS One. V.6 (9). P. e25569. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0025569
  46. Haney J.F., Hall D.J. 1973. Sugar-coated Daphnia: Apreservation technique for Cladocera // Limnol., Oceanogr. V. 18. № 2. P. 331. https://doi.org/10.4319/lo.1973.18.2.0331
  47. Mehner T., Hulsmann S., Worischka S. et al. 1998. Is the midsummer decline of daphnia really induced by age-0 fish predation? Comparison of fish consumption and daphnia mortality and life history parameters in a biomanipulated reservoir // J. Plankton Res. V. 20. № 9. P. 1797. https://doi.org/10.1093/plankt/20.9.1797
  48. Nandini S., Sarma S.S. 2023. Experimental studies on zooplankton-toxic cyanobacteria interactions: a Review // Toxics. V.11. № 2. Р. 176. https://doi.org/10.3390/toxics11020176
  49. Omidi A., Esterhuizen-Londt M., Pflugmacher S. 2018. Still challenging: the ecological function of the cyanobacterial toxin microcystin — what we know so far // Toxin ReV. V. 37. P. 87. https://doi.org/10.1080/15569543.2017.1326059
  50. Overlingė D., Toruńska-Sitarz A., Katarzyte M. et al. 2021. Characterization and diversity of microcystins produced by cyanobacteria from the Curonian Lagoon (SE Baltic Sea) // Toxins. V. 13. № 12. P. 838. https://doi.org/10.3390/toxins13120838
  51. Paldavičienė A., Mazur-Marzec H., Razinkovas A. 2009. Toxic cyanobacteria blooms in the Lithuanian part of the Curonian Lagoon // Oceanologia. V. 51(2). P. 203. http://dx.doi.org/10.5697/oc.51-2.203
  52. Pattanaik B., Wulff A., Roleda M.Y. et al. 2010. Production of the cyanotoxin nodularin — a multifactorial approach // Harmful Algae. № 10. Р. 30. https://doi.org/10.1016/j.hal.2010.06.001
  53. Pei Y., Xu R., Hilt S., Chang X. 2020. Effects of cyanobacterial secondary metabolites on phytoplankton community succession // Co-Evolution of Secondary Metabolites, Ref. Ser. Phytochem. Cambridge: Springer. P. 323. https://doi.org/10.1007/978-3-319-76887-8_12-1
  54. Pesnya D.S., Kurbatova S.A., Sharov A.N. et al. 2022. Genotoxicity of natural water during the mass development of cyanobacteria evaluated by the allium test method: a model experiment with microcosms // Toxins. V. 14(5). P. 359. https://doi.org/10.3390/toxins14050359
  55. Pham T.L., Dao T.S., Shimizu K. et al. 2015. Isolation and characterization of microcystin-producing cyanobacteria from Dau Tieng Reservoir, Vietnam // Nova Hedwigia. V. 101(1–2). P. 3. https://doi.org/10.1127/NOVA_HEDWIGIA/2014/0243
  56. Rastogi R.P., Madamwar D., Incharoensakdi A. 2015. Bloom dynamics of cyanobacteria and their toxins: Environmental health impacts and mitigation strategies // Front. Microbiol. № 6. P. 1. https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.01254
  57. Sagrario G., De LosÁngeles M., Balseiro E. et al. 2009. Macrophytes as refuge or risky area for zooplankton: a balance set by littoral predacious macroinvertebrates // Freshwater Biol. V. 54(5). P. 1042. https://doi.org/10.1111/j.1365-2427.2008.02152.x
  58. Schmidt-Ries H. 1940. Untersuchungen zur Kennthis des Pelagials eines Strangewassers (Kurishes Haff) // Zeitschriften fur Fischerei und deren Hilfwissenschiften. Bd 6. H. 2. P. 138.
  59. Seepersad B., Crippen R.W. 1978. Use of aniline blue for distinguishing between live and dead freshwater zooplankton // J. Fish Res. Board Canada. V. 35. № 10. P. 1363.
  60. Semenova A.S., Sidelev S.I., Dmitrieva O.A. 2017. Experimental investigation of natural populations of Daphnia galeata G.O. Sars from the Curonian Lagoon feeding on potentially toxigenic cyanobacteria // Biol. Bull. V. 44. № 5. P. 538. https://doi.org/10.1134/S1062359017050156
  61. Sharip Z. 2021. Changes in phytoplankton and zooplankton abundance and diversity in macrophyte-dominated and open pelagic ecosystem of shallow reservoirs // Inland Water Biol. V. 14. № 4. P. 427. https://doi.org/10.1134/S1995082921040088
  62. Sidelev S., Zubishina A., Chernova E. 2020. Distribution of microcystin-producing genes in Microcystis colonies from some Russian freshwaters: Is there any correlation with morphospecies and colony size? // Toxicon. V. 184. P. 136. https://doi.org/10.1016/j.toxicon.2020.06.005
  63. Sivonen K., Jones G. 1999. Cyanobacterial toxins // Toxic cyanobacteria in Water: a guide to their public health consequences, monitoring and management. Ch. 3. L.: E&FN Spon. P. 41. https://doi.org/10.1201/9781482295061
  64. Sokal R.R., Rohlf F.J. 1995. Biometry: the principles and practice of statistics in biological research. New York: W. H. Freeman and ComP. P. 887.
  65. Tang K.W., Gladyshev M.I., Dubovskaya O.P. et al. 2014. Zooplankton carcasses and non-predatory mortality in freshwater and inland sea environments // J. Plankton Res. V. 36(3). P. 597. https://doi.org/10.1093/plankt/fbu014
  66. Tillmanns A.R., Wilson A.E., Pick F.R., Sarnelle O. 2008. Metaanalysis of cyanobacterial effects on zooplankton population growth rate: species-specific responses // Fundam. Appl. Limnol. V. 171. № 4. P. 285. https://doi.org/10.1127/1863-9135/2008/0171-0285
  67. Tomilina I.I., Lozhkina R.A., Gapeeva M.V. 2021. Toxicity of bottom sediments of the Rybinsk Reservoir according to long-term biotesting data: Report 1 // Inland Water Biol. V. 14. P. 777. https://doi.org/10.1134/S1995082921060134
  68. Viitasalo M., Bonsdorff E. 2022. Global climate change and the Baltic Sea ecosystem: direct and indirect effects on species, communities and ecosystem functioning // Earth Syst. Dynam. V. 13. P. 711. https://doi.org/10.5194/esd-13-711-2022
  69. World Health Organization (WHO). Guidelines for safe recreational water environment. 2003. V. 1. Coastal and Fresh Waters. Geneva: World Health Organization. P. 219.
  70. World Health Organization (WHO). Guidelines for drinking water quality. 2004. Geneva: World Health Organization. V. 1. P. 407.
  71. Zeng Q., Wei Z., Yi C. et al. 2022. The effect of different coverage of aquatic plants on the phytoplankton and zooplankton community structures: a study based on a shallow macrophytic lake // Aquat. Ecol. V. 56(4). P. 1347. https://doi.org/10.1007/s10452-022-09970-w

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Location of sampling stations in the coastal zone of the Curonian Lagoon in 2017–2021.

Download (237KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Change in the proportion of dominant species in phytoplankton biomass at stations NEB-1 (a) and NEB-2 (b) in July–August 2017–2021.

Download (847KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Seasonal dynamics of phytoplankton biomass at stations NEB-1 (a) and NEB-2 (b) in 2017–2021. I–XII months.

Download (431KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Change in the average phytoplankton biomass in 2017–2021. 1 – biomass at station NEB-1; 2 – at station NEB-2 in 2018; 3 – at station NEB-2 excluding data for October–November 2018.

Download (87KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. The number of PT cyanobacteria at station NEB-1 (a) and station NEB-2 (b) in 2017–2021.

Download (359KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Change in the share of dominant species in the abundance (a) and biomass (b) of zooplankton in July–August 2017–2021.

Download (802KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Seasonal dynamics of abundance (a, c) and biomass (b, d) of zooplankton at station NEB-1 (a, b) and station NEB-2 (c, d) in 2017–2021.

Download (297KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Changes in the average abundance (1) and biomass (2) of zooplankton in 2017–2021 at stations NEB-1 (a) and NEB-2 (b).

Download (303KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. The proportion of dead zooplankton individuals in the Curonian Lagoon at stations NEB-1 (a) and NEB-2 (b) in 2017–2021.

Download (627KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies