Unicellular Plankton Size Structure (Size-Taxonomic and Size-Trophic Spectra) in a Hypertrophic Urban Lake

M. V. Umanskaya; Уманская М. В.; S. V. Bykova; Быкова С. В.; N. G. Tarasova; Тарасова Н. Г.

doi:10.31857/S102634702270010X

Unicellular Plankton Size Structure (Size-Taxonomic and Size-Trophic Spectra) in a Hypertrophic Urban Lake

Authors: Umanskaya M.V.¹, Bykova S.V.¹, Tarasova N.G.¹
Affiliations:
1. Samara Federal Research Scientific Center RAS, Institute of Ecology of Volga River Basin RAS
Issue: No 2 (2023)
Pages: 198-210
Section: ECOLOGY
URL: https://journals.rcsi.science/1026-3470/article/view/135517
DOI: https://doi.org/10.31857/S102634702270010X
EDN: https://elibrary.ru/HJXAGN
ID: 135517

Cite item

Abstract

The results of an analysis of the size spectra of unicellular plankton (bacteria, algae, ciliates) in the hypertrophic freshwater urban lake (L. Bolshoe Vasilyevskoe, Togliatti, Russia) are presented. Two types of size spectra have been identified in the seasonal cycle. Strong nanoplanctonic maximum formed mainly by phototrophic cyanobacteria and Chlorophyta was found during the period of open water (spring to autumn); picoplankton maximum/maxima (mainly heterotrophic bacteria) and increased proportion of microplankton (heterotrophic and mixotrophic ciliates)–in the ice period. The peculiarity of the studied lake, in contrast to less productive ones is the stability of the plankton size structure over the past 25 years.

Keywords

hypertrophic water body, plankton, bacteria, algae, ciliates, size-frequency distribution, seasonal and interannual peculiarities of size spectra

References

Горбунов М.Ю., Уманская М.В., Краснова Е.С. Современное экологическое состояние озера Большое Васильевское // Известия СНЦ РАН. 2014. Т. 16. № 1. С. 183–187.
Горбунов М.Ю., Уманская М.В., Краснова Е.С. Современное экологическое состояние некоторых пригородных озер системы Васильевских озер. г. Тольятти: Гидрохимический режим озер в 2013–2015 гг. // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2017. Т. 26. № 1. С. 28–40.
Жариков В.В., Горбунов М.Ю., Быкова С.В., Уманская М.В., Тарасова Н.Г., Буркова Т.Н., Шерышева Н.Г., Ротарь Ю.М. Протисты и бактерии озер Самарской области. Тольятти: Кассандра. 2009. 240 с.
Иватин А.В. Бактериопланктон и бактериобентос Куйбышевского водохранилища. Тольятти: Кассандра. 2012. 183 с.
Кривина Е.С. Трансформация малых водоемов урбанизированных территорий в условиях изменения антропогенной нагрузки: Дис. … канд. биол. наук. Тольятти. 2018. 186 с.
Кривина Е.С., Тарасова Н.Г. Фитопланктон малых естественных водоемов антропогенно трансформированного ландшафта Самарской области: флористический состав, показатели количественного развития и структурные характеристики. Свидетельство о регистрации БД RU № 2019620111. 18.01.2019. Заявка № 2018621953 от 26.12.2018.
Кузнецова Е.В., Косолапов Д.Б., Косолапова Н.Г. Таксономическая и размерно-морфологическая структура бактериопланктона двух водохранилищ Монголии // Изв. РАН. Сер. биол. 2020. №1. С. 22–29.
Номоконова В.И., Выxристюк Л.А., Тарасова Н.Г. Трофический статус Васильевскиx озер в окрестностяx г. Тольятти // Известия СамНЦ РАН. 2001. Т. 3. № 2. С. 274–283.
Уманская М.В. Экологические особенности развития бактериопланктона малых эвтрофных озер Самарской Луки: Дис. … канд. биол. наук. Тольятти. 2004. 148 с.
Уманская М.В., Горбунов М.Ю., Краснова Е.С., Жариков В.В. Трофический статус некоторых пригородных озер г. Тольятти (Васильевские озера) в 2013–2015 гг. // Самарская лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2018. Т. 27. № 2. С. 183–188.
Шерышева Н.Г., Уманская М.В., Быкова С.В., Горбунов М.Ю., Тарасова Н.Г., Кривина Е.С., Мухортова О.В., Краснова Е.С. Экологическое состояние урбанизированного высокопродуктивного водоема (озеро Большое Васильевское). Тольятти: Анна. 2021. 187 с.
Andersen K.H., Berge T., Goncalves R.J., Hartvig M., Heuschele J., Hylander S., Jacobsen N.S., Lindemann C., Martens E.A., Neuheimer A.B., Olsson K., Palacz A., Prowe F., Sainmont J., Traving S.J., Visser A.W., Wadhwa N., Kiørboe T. Characteristic sizes of life in the oceans, from bacteria to whales // Ann. Rev. Marine Sci. 2016. V. 8. № 3. P. 1–25.
Banas N.S. Adding complex trophic interactions to a size-spectral plankton model: Emergent diversity patterns and limits on predictability // Ecol. Modelling. 2011. V. 222. P. 2663–2675.
Brohan P., Kennedy J.J., Harris I., Tett S.F., Jones P.D. Uncertainty estimates in regional and global observed temperature changes: A new data set from 1850 // J. Geophys. Res.: Atmospheres. 2006. V. 111. № D12.
Brown J.H., Allen A.P., Gillooly J.F. The metabolic theory of ecology and the role of body size in marine and freshwater ecosystems // Body size: the structure and function of aquatic ecosystems. Cambridge: University Press. 2007. P. 1–15.
Chakraborty S., Nielsen L.T., Andersen K.H. Trophic strategies of unicellular plankton // Amer. Naturalist. 2017. V. 189. № 4. P. 77–90.
Kamenir Y. The living whirl self-maintenance of stable size structure patterns of aquatic communities // Int. J. Environ.rotection. 2017. V. 7. Iss. 1. P. 46–52
Kamenir Y., Dubinsky Z., Zohary T. Phytoplankton size structure stability in a meso-eutrophic subtropical lake // Hydrobiologia. 2004. V. 520. № 1. C. 89–104.
Kamenir Y., Dubinsky Z., Zohary T. The long-term patterns of phytoplankton taxonomic size-structure and their sensitivity to perturbation: A Lake Kinneret case study // Aquat. Sci. 2006. V. 68. P. 490–501.
Kamenir Y., Morabito G. Lago Maggiore oligotrophication as seen from the long-term evolution of its phytoplankton taxonomic size structure // J. Limnology. 2009. V. 68. № 1. C. 146–161.
Lampe V., Nöthig E.-M., Schartau M. Spatio-temporal variations in community size structure of arctic protist plankton in the Fram Strait // Front. Mar. Sci. 2021. V. 7. P. 579880.
Litchman E., Klausmeier C.A. Trait-based community ecology of phytoplankton // Ann. Rev, of Ecology, Evolution, and Systematics. 2008. V. 39. P. 615–639.
Mooij W.M., lsmann S.H., De Senerpont Domis L.N., Nolet B.A., P.L.E. Bodelier. Boers P.C.M., Pires L.M.D., Gons H.J., Ibelings B.W., Noordhuis R., Portielje R., Wolfstein K., Lammens E.H.R.R. The impact of climate change on lakes in the Netherlands: a review // Aquatic Ecology. 2005. V. 39. P. 381–400.
Moss B., Kosten S., Meerhoff V., Battarbee R.W., Jeppesen E., Mazzeo N., Karl Havens. Lacerot G., Liu Z., De Meester L., Paerl H., Scheffer M. Allied attack: climate change and eutrophication // Inland Waters. 2011. V.1. № 2. P. 101–105.
O’neil J.M., Davis T.W., Burford M.A., Gobler C.J. The rise of harmful cyanobacteria blooms: the potential roles of eutrophication and climate change // Harmful algae. 2012. V. 14. P. 313–334.
Rasconi S., Gall A., Winter K., Kainz M.J. Increasing water temperature triggers dominance of small freshwater plankton // PLoS ONE. 2015. V. 10. № 10. P. e0140449.
Rogora M., Mosello R., Arisci S. The effect of climate warming on the hydrochemistry of alpine lakes // Water. Air. and Soil Pollution. 2003. V. 148. №. 1. P. 347–361.
Sieburth J.M., Smetacec V., Lenz J. Pelagic ecosystem structure: heterotrophic compartments and their relationship to plankton size fractions // Limnol. Oceanogr. 1978. V. 23. P. 1256–1263.
Vitousek P.M., Mooney H.A., Lubchenco J., Melillo J.M. Human domination of earth’s ecosystems // Science 1997. V. 277. P. 494–499.
Ward B.A., Dutkiewicz S., Jahn O., Follows M.J. A size-structured foodweb model for the global ocean // Limnology and Oceanography. 2012. V. 57. P. 1877–1891.
Wetzel R.G. Limnology: Lake and River Ecosystems. 3rd Edition. San Diego: Academic Press. 2001. 1006 p.
Zarauz L., Irigoien X., Fernandes J.A. Changes in plankton size structure and composition, during the generation of a phytoplankton bloom, in the central Cantabrian Sea // J. plankton research. 2009. V. 31. № 2. P. 193–207.
Zohary T., Flaim G., Sommer U. Temperature and the size of freshwater phytoplankton // Hydrobiologia. 2021. V. 848. P. 143–155.