Plant Pigments in Water of the Volga River Reservoirs: Current Status, Trends in Long-Term Changes

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Data on the composition and content of photosynthetic pigments in plankton of the Volga River reservoirs in summer period of 2015–2023 are under consideration. The determination of pigments was carried out using standard spectrophotometric methods. Chl a concentrations are close to those obtained in 1989–1991. The distribution of Chl a throughout the water area of reservoirs retains its long-term characteristics. The waters of tributaries, coastal waters, and shallow water areas are characterized by an increased abundance of phytoplankton. A negative relationship between reservoir-average Chl a concentrations and the total inflow volume (R² = 0.50) and a direct dependence on water temperature (R² = 0.35) were revealed. Based on the average Chl a concentrations over the years of observation, the current trophic status of the Ivankovo, Uglich, and Cheboksary reservoirs is assessed as eutrophic (29.5±1.9, 22.7±1.6 and 28.2±2.7 µg/L respectively), the Saratov and Volgograd reservoirs are mesotrophic (6.8±0.6 and 9.6±0.8 µg/L), Kuibyshev and Gorky reservoirs are moderately eutrophic (13.0±0.7 and 13.1±1.4 µg/L). The content of additional chlorophylls b and c, pheopigments, plant carotenoids and their ratio with chlorophyll a, as well as the composition of green pigments in the Volga River reservoirs are characterized by significant similarity and have not changed over the 30-year period.

Full Text

Restricted Access

About the authors

N. M. Mineeva

Papanin Institute for Biology of Inland Waters, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: mineeva@ibiw.ru
Russian Federation, Borok, Nekouzskii raion, Yaroslavl oblast

I. V. Semadeni

Papanin Institute for Biology of Inland Waters, Russian Academy of Sciences

Email: mineeva@ibiw.ru
Russian Federation, Borok, Nekouzskii raion, Yaroslavl oblast

O. S. Makarova

Papanin Institute for Biology of Inland Waters, Russian Academy of Sciences

Email: mineeva@ibiw.ru
Russian Federation, Borok, Nekouzskii raion, Yaroslavl oblast

References

  1. Авакян А.Б., Шарапов В.А., Салтанкин В.П. 1979. Водохранилища мира. М.: Наука.
  2. Адамович Б.В., Ковалевская Р.З., Радчикова Н.П. и др. 2015. Дивергенция динамики хлорофилла в Нарочанских озерах // Биофизика. Т. 60. Вып. 4. С. 769.
  3. Бульон В.В. 1978. Содержание феопигментов в планктоне // Гидробиол. журн. Т. 14. № 3. С. 62.
  4. Волга и ее жизнь. 1978. Л.: Наука.
  5. Законнова А.В. 2021. Климатические изменения термического режима Рыбинского водохранилища // Тр. Ин-та биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН. Вып. 94(97). С. 7. https://doi.org/10.47021/0320-3557-2021-94-7-16
  6. Иваньковское водохранилище и его жизнь. 1978. Л.: Наука.
  7. Ковалевская Р.З., Карабанович В.С. 1975. Первичная продукция планктона Волги и ее водохранилищ // Водн. ресурсы. № 1. C. 86.
  8. Комплексные исследования экосистем бассейна реки Енисей. 1985. Красноярск: Красноярск. ун-т.
  9. Корнева Л.Г. 2015. Фитопланктон водохранилищ бассейна Волги. Кострома: Костромской печатный дом.
  10. Литвинов А.С., Законнова А.В. 1994. Характеристика гидрологических условий в Чебоксарском водохранилище в первые годы заполнения // Водн. ресурсы. Т. 21. № 3. С. 365.
  11. Минеева Н.М. 2004. Растительные пигменты в воде волжских водохранилищ. М.: Наука.
  12. Минеева Н.М. 2009. Первичная продукция планктона в водохранилищах Волги. Ярославль: Принтхаус.
  13. Минеева Н.М., Макарова О.С. 2018. Содержание хлорофилла как показатель современного (2015–2016 гг.) трофического состояния водохранилищ Волги // Биология внутр. вод. № 3. С. 107. https://doi.org/10.1134/S0320965218030129
  14. Минеева Н.М., Поддубный С.А., Степанова И.Э., Цветков А.И. 2022a. Абиотические факторы и их роль в развитии фитопланктона водохранилищ Средней Волги // Биология внутр. вод. № 6. С. 640. https://doi.org/10.31857/S0320965222060158
  15. Минеева Н.М., Поддубный С.А., Степанова И.Э., Цветков А.И. 2023. Абиотические факторы и их роль в развитии фитопланктона водохранилищ Нижней Волги // Биология внутр. вод. № 1. С. 53. https://doi.org/10.31857/S0320965223010114
  16. Минеева Н.М., Семадени И.В., Макарова О.С. 2020. Содержание хлорофилла и современное трофическое состояние водохранилищ р. Волги (2017–2018 гг.) // Биология внутр. вод. № 2. С. 205. https://doi.org/10.31857/S0320965220020102
  17. Минеева Н.М., Семадени И.В., Соловьева В.В., Макарова О.С. 2022б. Содержание хлорофилла и современное трофическое состояние водохранилищ р. Волги (2019–2020 гг.) // Биология внутр. вод. № 4. С. 367. https://doi.org/10.31857/S0320965222040210
  18. Минеева Н.М., Степанова И.В., Семадени И.В. 2021. Биогенные элементы и их роль в развитии фитопланктона водохранилищ Верхней Волги // Биология внутр. вод. № 1. С. 24. https://doi.org/10.31857/S0320965221010095
  19. Первичная продукция в Братском водохранилище. 1983. М.: Наука.
  20. Пырина И.Л. 1966. Первичная продукция фитопланктона в Иваньковском, Рыбинском и Куйбышевском водохранилищах в зависимости от некоторых факторов // Продуцирование и круговорот органического вещества во внутренних водоемах. М.: Наука. С. 249.
  21. Романенко В.И. 1985. Микробиологические процессы продукции и деструкции органического вещества во внутренних водоемах. Л.: Наука.
  22. Структура и функционирование экосистемы Рыбинского водохранилища в начале XXI века. 2018. М.: РАН.
  23. Третий оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Общее резюме. 2022. СПб.: Наукоемкие технологии.
  24. Шашуловская Е.А., Мосияш С.А. 2023. Особенности динамики экологических параметров Саратовского водохранилища в начале XXI века // Трансформация экосистем. Т. 6. № 5. С. 11. https://doi.org/10.23859/estr-220701
  25. Шашуловский В.А., Мосияш С.С. 2010. Формирование биологических ресурсов Волгоградского водохранилища в ходе сукцессии его экосистемы. М.: Тов-во науч. изданий КМК.
  26. Экологические проблемы Верхней Волги. 2001. Ярославль: Ярослав. гос. тех. ун-т.
  27. Экология фитопланктона Куйбышевского водохранилища 1989. Л.: Наука.
  28. Babanazarova O.V, Lyashenko O.A. 2007. Inferring long-term changes in the physical-chemical environment of the shallow, enriched Lake Nero from statistical and functional analyses of its phytoplankton // J. Plankton Res. V. 29. № 9. P. 747. https://doi.org/10.1093/plankt/fbm055
  29. Bowes M.J., Gozzard E., Johnson A.C. et al. 2012. Spatial and temporal changes in chlorophyll-a concentrations in the River Thames basin, UK: are phosphorus concentrations beginning to limit phytoplankton biomass? // Sci. Tot. Environ. V. 426. P. 45. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.02.056
  30. Chen Y., Qin B., Teubner K., Dokulil1 M.T. 2003. Long-term dynamics of phytoplankton assemblages: Microcystis domination in Lake Taihu, a large shallow lake in China // J. Plankton Res. V. 25. № 1. P. 445.
  31. Duan S., Bianchi T.S. 2006. Seasonal changes in the abundance and composition of plant pigments in particulate organic carbon in the Lower Mississippi and Pearl Rivers // Estuaries and Coasts. V. 29. № 3. P. 427. https://doi.org//www.jstor.org/stable/3809762
  32. Eutrophication of Waters. Monitoring, Assessment and Control. 1982. Paris: OECD.
  33. Evolution of Primary Producers in the Sea. 2007. Amsterdam, Boston: Elsevier Acad. Press.
  34. Foy R.H. 1987. A comparison of chlorophyll-a and carotenoid concentrations as indicator of algal volume // Freshwater Biol. V. 17. № 2. P. 237.
  35. Hallstan S., Trigal C., Johansson K.S.L., Johnson R.K. 2013. The impact of climate on the geographical distribution of phytoplankton species in boreal lakes // Oecologia. V. 173. № 4. P. 1625. https://doi.org/10.1007/s00442-013-2708-6
  36. Jeffrey S.W., Humphrey G.F. 1975. New spectrophotometric equations for determining chlorophylls a, b, c1 and c2 in higher plants, algae and natural phytoplankton // Biochem. Physiol. Pflanz. Вd 167. P. 191.
  37. Kangur K., Milius A., Mols T. et al. 2002. Lake Peipsi: Changes in nutrient elements and plankton communities in the last decade // Aquat. Ecosystem Health Manage. V. 5. № 3. P. 363. https://doi.org/10.1080/14634980290001913
  38. Lamont T., Barlow R.G., Brewin R.J.W. 2019. Long-Term Trends in Phytoplankton Chlorophyll a and Size Structure in the Benguela Upwelling System // JGR Oceans. V. 124. № 2. P. 1170. https://doi.org/10.1029/2018JC014334
  39. Lee E., Kim S., Na E., Kim K. 2019. Prewhitened causality analysis for the chlorophyll-a concentration in the Yeongsan River system // Water Quality Res. J. V. 54. № 2. P. 161. https://doi.org/10.2166/wcc.2018.259
  40. Lewandowska A.M., Boyce D.J., Hofmann M. et al. 2014. Effect of sea surface warming on marine plankton // Ecol. Letters. V. 17. № 5. P. 614. https://doi.org/10.1111/ele.12265
  41. Lorenzen C.J. 1967. Determination of chlorophyll and pheopigments: shectrophotometric equations // Limnol., Oceanol. V. 12. № 2. P. 343.
  42. Lorenzen C.J., Jeffrey S.W. 1980. Determination of chlorophyll in sea water. UNESCO Technical Paper in Marine Science 35. Paris: UNESCO.
  43. Mineeva N.M. 2018. Composition and content of photosynthetic pigments in plankton of the Volga River reservoirs (2015–2016) // Гидрология, гидрохимия и растительные пигменты водохранилищ Волжского каскада. Тр. Ин-та биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН. Вып. 81(84). С. 85. https://doi.org/10.24411/0320-3557-2018-1-0006
  44. Mineeva N.M. 2022. Chlorophyll and its role in freshwater ecosystem on the example of the Volga River reservoirs // Chlorophylls. L.: IntechOpen. P. 67. https://doi.org/10.5772/intechopen.98122
  45. Paerl H.W., Tucker J., Bland P.T. 1983. Carotenoid enchancement and its role in maintaining blue-green algal (Microcystis aeruginosa) surface bloom // Limnol., Oceanogr. V. 28. № 5. P. 847.
  46. Parsons T.R., Strickland J.D.H. 1963. Discussion on spectrophotometric determination of marine-plant pigments with revised equations for ascertaining chlorophylls and carotenoids // J. Mar. Res. V. 21. № 3. P. 155.
  47. Phytoplankton Pigments. Characterization, Chemotaxonomy and Applications in Oceanography. 2011. Cambridge: Cambridge Univ. Press.
  48. Plyaka P., Glushchenko G., Gerasyuk V. et al. 2020. Investigation on the chlorophyll-а content of phytoplankton in the Sea of Azov and the Don River by the fluorescence method // Fluorescence methods for investigation of living cells and microorganisms. Электронный ресурс https://www.intechopen.com/books/fluorescence-methods-for-investigation-of-living-cells-and-microorganisms/investigation-on-the-chlorophyll-em-a-em-content-of-phytoplankton-in-the-sea-of-azov-and-the-don-riv (Дата обращения ). https://doi.org/10.5772/intechopen.92996
  49. Reynolds C.S. 2006. The Ecology of Phytoplankton. Cambridge: Univ. Press.
  50. Rivers of Europe. 2021. Amsterdam: Elsevier.
  51. Ruggiu D., Morabito G., Panzani P., Pugnetti A. 1998. Trends and relations among basic phytoplankton characteristics in the course of the long term oligotrophication of Lake Maggiore (Italy) // Hydrobiologia. V. 369/370. P. 243.
  52. Sabater S., Artigas J., Durán C. et al. 2008. Longitudinal development of chlorophyll and phytoplankton assemblages in a regulated large river (the Ebro River) // Sci. Tot. Environ. V. 404. № 1. P. 196. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2008.06.013 PMID: 18675441
  53. Sarkar D.S., Sarkar U.K., Naskar M. et al. 2021. Effect of climato-environmental parameters on chlorophyll a concentration in the lower Ganga basin, India // Revista de Biología Tropical. V. 69. № 1. P. 60.
  54. SCOR-UNESCO Working Group 17. 1966. Determination of photosynthetic pigments // Determination of photosynthetic pigments in sea water. Monographs on oceanographic methodology. Montreux: UNESСO.
  55. Straškraba M. 2005. Reservoirs and other artificial water bodies // Lake Restoration and Rehabilitation. Lake Handbook. V. 2. Malden: Blackwell Publ. P. 300.
  56. Tian Y., Gao L., Deng J., Li M. 2020. Characterization of phytoplankton community in a river ecosystem using pigment composition: a feasibility study // Environ. Sci. Pollut. Res. V. 27. P. 42210. https://doi.org/10.1007/s11356-019-07213-4
  57. Wetzel R.G., Likens G.E. 1991. Limnological analyses. N.Y.: Springer.
  58. Xiao W., Liu X., Irwin A.J. et al. 2018. Warming and eutrophication combine to restructure diatoms and dinoflagellates // Water Res. V. 128. № 1. P. 206. https://doi.org/10.1016/j.watres.20
  59. Yang Y., Pettersson K., Padisák J. 2016. Repetitive baselines of phytoplankton succession in an unstably stratified temperate lake (Lake Erken, Sweden): a long-term analysis // Hydrobiologia. V. 764. Is 1. P. 211. https://doi.org/10.1007/s10750-015-2314-1

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Rice. 1. Map of the reservoirs of the river. Volga. 1 – boundaries of reservoirs.

Download (419KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Frequency of occurrence of chlorophyll a concentrations (% of the total number of observations n) in the Volga River reservoirs in 2015–2023: a – Ivankovskoye (n = 121); b – Uglich (n = 102); c – Gorkovskoye (n = 141); d – Cheboksary (n = 109); d – Kuibyshev (n = 163); e – Saratov (n = 76); g – Volgograd (n = 92).

Download (201KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the average chlorophyll content in the Volga River reservoirs on the volume of runoff (a) and water temperature (b). The dotted line is the trend line, R² is the determination coefficient.

Download (98KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Long-term changes in the average chlorophyll content in the Volga River reservoirs. Reservoir designations are the same as in Fig. 2. R²₁ is the approximation reliability coefficient for the entire observation period, R²₂ is the same for 2015–2023.

Download (712KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 The Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».