Temporal and Spatial Dynamics of Plant Pigments in Bottom Sediments of the Volga River Reservoirs

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

New data on the contents of plant pigments in bottom sediments of the Volga River reservoirs in the summer of 2015–2021 are presented. It has been shown that the production properties of benthal do not differ significantly from those at the end of the twentieth century. The concentrations of chlorophyll a and its degradation products, pheopigments, in the upper 5-cm layer of sediments decrease from the Upper Volga to the Lower Volga and its unregulated part, with the exception of the Cheboksary Reservoir with high values of pigment indicators. The spatial dynamics of sedimentary pigments largely depends on the morphometry of reservoirs and hydrodynamic activity affecting the distribution of bottom sediments. The concentrations of sedimentary pigments are positively related to the content of organic matter, water content, and the total contribution of aleuritic and pelitic fractions, and negatively related to the water current velocity, the mean diameter of particles, and volumetric mass of bottom sediments. It has been shown that the relationship between pigment content and depth in the reservoirs of the lower part of the cascade is weakened. During the study period, no temporal trends in the content of sedimentary pigments in reservoirs were identified. The average concentrations of sedimentary pigments in 2015–2021 characterize benthal in the Ivankovo reservoir as hypertrophic, in the Uglich, Rybinsk, Gorky, and Cheboksary reservoirs as eutrophic, in the Kuibyshev, Saratov, and Volgograd reservoir as mesotrophic, and in the unregulated Volga as oligotrophic. The content of chlorophyll a (with pheopigments) in bottom sediments in terms of the conditional biomass of algae amounts an insignificant part (0.24–0.86%) of the primary production of phytoplankton, the main producer of organic matter in the Volga River reservoirs.

Full Text

Restricted Access

About the authors

L. E. Sigareva

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

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

N. A. Timofeeva

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

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

V. V. Zakonnov

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

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

References

  1. Гончаров А.В., Сахарова Е.Г., Фролова Н.Л., Полянин В.О. 2024. Особенности изменения фитопланктона по длине р. Урал в условиях эвтрофирования // Биология внутр. вод. № 1. С. 108. https://doi.org/10.31857/S0320965224010094
  2. Дзюбан А.Н. 2010. Деструкция органического вещества и цикл метана в донных отложениях внутренних водоемов. Ярославль: Принтхаус.
  3. Законнов В.В., Законнова А.В. 2008. Географическая зональность осадконакопления в системе водохранилищ Волги // Изв. РАН. Сер. геогр. № 2. С. 105.
  4. Казанцева Т.И., Адамович Б.В. 2022. Факторы, в наибольшей степени определяющие динамику озерных экосистем при переменной нагрузке биогенными элементами: анализ данных многолетнего мониторинга Нарочанских озер // Сиб. экол. журн. Т. 29. № 4. С. 390.
  5. Лазарева В.И., Степанова И.Э., Цветков А.И. и др. 2018. Кислородный режим водохранилищ Волги и Камы в период потепления климата: последствия для зоопланктона и зообентоса // Тр. Ин-та биологии внутр. вод им. И.Д. Папанина РАН. Вып. 81 (84). С. 47.
  6. Минеева Н.М. 2009. Первичная продукция планктона в водохранилищах Волги. Ярославль: Принтхаус. 279 с.
  7. Минеева Н.М., Семадени И.В., Макарова О.С. 2025. Растительные пигменты в воде волжских водохранилищ: современное состояние, тенденции многолетних изменений // Биология внутр. вод. № 1. С. 3. https://doi.org/10.31857/S0320965225010011
  8. Номоконова В.И. 1989. Седиментация фитопланктона и его содержание в донных отложениях // Экология фитопланктона Куйбышевского водохранилища. Л.: Наука. С. 237.
  9. Пивоварова З.И., Стадник В.В. 1988. Климатические характеристики солнечной радиации как источника энергии на территории СССР. Л.: Гидрометеоиздат.
  10. Сигарева Л.Е. 2012. Хлорофилл в донных отложениях волжских водоемов. М.: Тов-во науч. изданий КМК.
  11. Сигарева Л.Е., Тимофеева Н.А. 2018. Содержание растительных пигментов в донных отложениях водохранилищ Волги // Тр. Ин-та биологии внутр. вод им. И.Д. Папанина РАН. Вып. 81(84). С. 105.
  12. Сигарева Л.Е., Законнов В.В., Шарапова Н.А. 2000. Оценка экологического состояния оз. Плещеево по пигментным характеристикам донных отложений // Проблемы региональной экологии. № 6. С. 100.
  13. Сигарева Л.Е., Пырина И.Л., Тимофеева Н.А. 2016. Межгодовая динамика растительных пигментов в воде и донных отложениях Рыбинского водохранилища // Тр. Ин-та биологии внутр. вод им. И.Д. Папанина РАН. Вып. 76 (79). С. 119.
  14. Структура и функционирование экосистемы Рыбинского водохранилища в начале XXI века. 2018. М.: РАН.
  15. Теканова Е.В., Калинкина Н.М., Макарова Е.М., Смирнова В.С. 2023. Современное трофическое состояние и качество воды Онежского озера // Биология внутр. вод. № 6. С. 740. https://doi.org/10.31857/S0320965223060335
  16. Шимараева С.В., Пислегина Е.В., Кращук Л.С. и др. 2017. Динамика хлорофилла a в пелагиали Южного Байкала в период прямой температурной стратификации // Биология внутр. вод. № 1. С. 60. https://doi.org/10.7868/S0320965217010168
  17. Александров С.В. 2024. Многолетние изменения первичной продукции планктона в лагунной экосистеме Вислинского залива Балтийского моря // Биология внутр. вод. № 1. С. 43. https://doi.org/10.31857/S0320965224010037
  18. Alvarez-Cobelas M., Rojo C., Benavent-Corai J. 2019. Long-term phytoplankton dynamics in a complex temporal realm // Sci. Rep. V. 9. article number 15967. https://doi.org/10.1038/s41598-019-52333-z
  19. Bernát G., Boross N., Somogyi B. et al. 2020. Oligotrophication of Lake Balaton over a 20-year period and its implications for the relationship between phytoplankton and zooplankton biomass // Hydrobiologia. V. 847. № 19. P. 3999. https://doi.org/10.1007/s10750-020-04384-x
  20. Buchaca T., Catalan J. 2007. Factors influencing the variability of pigments in the surface sediments of mountain lakes // Freshwater Biol. V. 52. № 7. P. 1365. https://doi.org/10.1111/j.1365-2427.2007.01774.x
  21. Buchaca T., Kosten S., Lacerot G. et al. 2019. Pigments in surface sediments of South American shallow lakes as an integrative proxy for primary producers and their drivers // Freshwater Biol. V. 64. № 8. P. 1437. https://doi.org/10.1111/fwb.13317
  22. Burge D.R.L., Edlund M.B., Frisch D. 2018. Paleolimnology and resurrection ecology: The future of reconstructing the past // Evol. Appl. V. 11. № 1. P. 42. https://doi.org/10.1111/eva.12556
  23. Cardoso-Silva S., Mizael J.O.S.S., Frascareli D. et al. 2022. Geochemistry and sedimentary photopigments as proxies to reconstruct past environmental changes in a subtropical reservoir // Environ. Sci. Pollut. Res. V. 29. № 19. P. 28 495. https://doi.org/10.1007/s11356-022-18518-2
  24. Cochrane S.K.J., Denisenko S.G., Renaud P.E. et al. 2009. Benthic macrofauna and productivity regimes in the Barents Sea: ecological implications in a changing Arctic // J. Sea Res. V. 61. № 4. P. 222. https://doi.org/10.1016/j.seares.2009.01.003
  25. Gangi D., Plastani M.S., Laprid C. et al. 2020. Recent cyanobacteria abundance in a large sub-tropical reservoir inferred from analysis of sediment cores // J. Paleolimnol. V. 63. № 3. P. 195. https://doi.org/10.1007/s10933-020-00110-8
  26. Guimarães B.M.D.M., Neto I.E.L. 2023. Chlorophyll-a prediction in tropical reservoirs as a function of hydroclimatic variability and water quality // Environ. Sci. Pollut. Res. V. 30. P. 91028. https://doi.org/10.1007/s11356-023-28826-w
  27. Gushulak C.A., Leavitt P.R., Cumming B.F. 2021. Basin-specific records of lake oligotrophication during the middle-to-late Holocene in boreal northeast Ontario, Canada // The Holocene. V. 31. № 10. P. 1539. https://doi.org/10.1177/09596836211025972
  28. Hofmann A.M., Kuefner W., Mayr C. et al. 2021. Unravelling climate change impacts from other anthropogenic influences in a subalpine lake: a multi-proxy sediment study from Oberer Soiernsee (Northern Alps, Germany) // Hydrobiologia. V. 848. № 18. P. 4285. https://doi.org/10.1007/s10750-021-04640-8
  29. Leavitt P.R. 1993. A review of factors that regulate carotenoid and chlorophyll deposition and fossil pigment abundance // J. Paleolimnol. V. 9. № 2. P. 109. https://doi.org/10.1007/BF00677513
  30. Leavitt P.R., Findlay D.L. 1994. Comparison of fossil pigments with 20 years of phytoplankton data from eutrophic Lake 227, Experimental Lakes Area, Ontario // Can. J. Fish Aquat. Sci. V. 51. № 10. P. 2286. https://doi.org/10.1139/f94-232
  31. Lorenzen C.J. 1967. Determination of chlorophyll and pheopigments: shectrophotometric equations // Limnol., Oceanogr. V. 12. № 2. P. 343. https://doi.org/10.4319/lo.1967.12.2.0343
  32. Makri S., Lami A., Lods-Crozet B. et al. 2019. Reconstruction of trophic state shifts over the past 90 years in a eutrophicated lake in western Switzerland, inferred from the sedimentary record of photosynthetic pigments // J. Paleolimnol. V. 61. № 2. P. 129. https://doi.org/10.1007/s10933-018-0049-5
  33. Möller W.A.A., Scharf B.W. 1986. The content of chlorophyll in the sediment of the volcanic maar lakes in the Eifel region (Germany) as an indicator for eutrophication // Hydrobiologia. V. 143. № 1. P. 327. https://doi.org/10.1007/BF00026678
  34. Ostrovsky I., Yacobi Y.Z. 1999. Organic matter and pigments in surface sediments: possible mechanims of their horizontal distributions in a stratified lake // Can. J. Fish Aquat. Sci. V. 56. № 6. P. 1001. https://doi.org/10.1139/f99-032
  35. Reuss N., Leavitt P.R., Hall R.I. et al. 2010. Development and application of sedimentary pigments for assessing effects of climatic and environmental changes on subarctic lakes in northern Sweden // J. Paleolimnol. V. 43. № 1. P. 149. https://doi.org/10.1007/s10933-009-9323-x
  36. Swain E.B. 1985. Measurement and interpretation of sedimentary pigments // Freshwater Biol. V. 15. № 1. P. 53. https://doi.org/10.1111/j.1365-2427.1985.tb00696.x
  37. Trifonova I.S., Davydova N.N. 1983. Diatoms in the plankton and sediments of two lakes of different trophic type // Hydrobiologia. V. 103. № 1. P. 265. https://doi.org/10.1007/BF00028464
  38. Tse T.J., Doig L.E., Leavitt P.R. et al. 2015. Long-term spatial trends in sedimentary algal pigments in a narrow river-valley reservoir, Lake Diefenbaker, Canada // J. Great Lakes Res. V. 41. Suppl. 2. P. 56. https://doi.org/10.1016/j.jglr.2015.08.002
  39. Waters M.N., Golladay S.W., Patrick C.H. et al. 2015. The potential effects of river regulation and watershed land use on sediment characteristics and lake primary producers in a large reservoir // Hydrobiologia. V. 749. № 1. P. 15. https://doi.org/10.1007/s10750-014-2142-8
  40. Zabaleta B., Achkar M., Aubriot L. 2021. Hotspot analysis of spatial distribution of algae blooms in small and medium water bodies // Environ. Monit. Assess. V. 193. Article number 221. https://doi.org/10.1007/s10661-021-08944-z

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The ratio of soil areas (%) in the Volga reservoirs according to soil surveys from 1992 to 2016. 1 – coarse-grained sediments, 2 – fine-grained sediments, 3 – transformed soils. Here and in Fig. 2, I – Ivankovskoye, U – Uglich, R – Rybinskoye, G – Gorkovskoye, Ch – Cheboksary, K – Kuibyshev, S – Saratov, V – Volgograd reservoirs.

Download (73KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Average content of Chl + P (μg/g d.o.) (a, c, d) and Chl + P (mg/g OM) (b, d, e) in BS of the Volga River reservoirs in different years of observations. 1 – 2015, 2 – 2016, 3 – 2017, 4 – 2018, 5 – 2019, 6 – 2020, 7 – 2021.

Download (224KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Relationship between the content of sedimentary pigments (μg/g d.o.) and the flow velocity (a) and sediment characteristics: OM concentration (b), % d.o., humidity (c), dry bulk density (d), content of total silt and pelitic fractions (d) and average particle diameter (e) according to 2016 data (n = 108).

Download (278KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Interannual dynamics of the total concentration of Chl + F (μg/g d.o.) in the upper layer of bottom sediments of the Upper (a), Middle (b), Lower (c) and unregulated (d) Volga Rivers (2015–2021).

Download (154KB)
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».