Understanding the problems of inland waters: case study

century against the background of the sharp Volga runoff rise and the relevantly low sea level 
and, consequently, the low volume of the North Caspian water (Fig. 1). A rapid growth of the 
sea level throughout 1978-`1995 was accompanied by the decrease of water renewal rate, 
which was typical for the considered period as a whole, but in 1961-1977 and in 1996-2012 
was not so pronounced. The main reason of reduction of the water renewal rate in these years 
was the reduction of the Volga runoff.   
 
 
 
Fig. 1 - Changes of the Caspian Sea level (L, cm) and the rate of North Caspian waters renewal 
(W/V. cm, text) in the period 1961-2012.  
 
The data presented in Table 1 point to the gradual growth of phytoplankton abundance in the 
western part of the North Caspian Sea during the flood period. Phytoplankton abundance 
growth in the period of 1996-2012 was accompanied by the growth of its biomass as 
compared to the sea transgression period (1978 -  1995). However the highest value of 
phytoplankton biomass was recorded during the period of low sea level (1961-1977), when the 
large-cell diatomic algae dominated in the biomass formation (Caspian Sea..., 1985).  
The abundance and biomass of zooplankton in the north-western part of the Caspian Sea 
during the flooding periods of 1996-2012 were significantly higher than in 1961-1977, but the 
highest values of zooplankton abundance, as well as its biomass (as per the median value) 
were recorded in 1978-1995.  There was a slight difference between the second (1977-1995) 
and the third (1996-2012) periods as per average zooplankton abundance and biomass. 
Moreover, the arithmetic mean of biomass in the third period was higher than that in the 
second (due to rarely occurring high values, i.e. "spotty" distribution). 
 
Periods 
Abundance 
Biomass 
Me 
X
mean
 
Me 
X
mean
 
Phytoplankton, m specimen/m
3
, mg/m
3
 
1961-1977 
107.7 
269.1 
704 
1590 
1978-1995 
161.2 
377.9 
274 
638 
1996-2012 
197.6 
450.5 
573 
1406 
1961-2012 
170.9 
397.1 
457 
1089 
Zooplankton, thousand specimen/m
3
, mg/m
3
 
1961-1977 
24.6 
45.6 
127 
292 
1978-1995 
48.8 
99.7 
239 
636 
1996-2012 
31.2 
85.9 
213 
689 
0 
0.2 
0.4 
0.6 
0.8 
1 
-150 
-75 
0 
75 
150 
225 
W/V 
L, cm 
L, sm 
W/V 
53

---

1961-2012 
33.1 
73.5 
186 
518 
Zoobenthos, thousand specimen/m
2
, g/m
2
 
1961-1977 
6.94 
11.32 
36 
88 
1978-1995 
15.62 
22.81 
63 
124 
1996-2012 
5.44 
9.23 
19 
141 
1961-2012 
9.7 
14.94 
41 
117 
Table 1 - Abundance and biomass of plankton and benthos in the western part of the North 
Caspian Sea during the flooding period in 1961-2012 under different hydrological conditions 
 
In contrast to zooplankton, the abundance and biomass of zoobenthos in the western part of 
the North Caspian during the flooding period in 1996-2012 were significantly lower than those 
in 1961-1977 (if the biomass dynamics is estimated by the median). Similarly to zooplankton, 
the highest values of zoobenthos abundance and biomass were recorded in 1978-1995.  We 
should note that the highest arithmetic mean of the biomass was recorded in the third period, 
whereas it was by an order higher than the median, which points to the extremely uneven 
distribution of the benthic organisms - occasional accumulations against the relevantly scarce 
background. 
 
Further research was aimed at the study of impact of North Caspian water renewal rate on the 
dynamics of abundance and biomass of plankton and benthos. For this purpose, the time 
series of the biological parameters were ranged by water renewal rate (in the ascending 
order). Judging by the lack of statistically significant trends in the ranged series of 
phytoplankton abundance and biomass, we can conclude that its quantitative development is 
irrelevant of the water renewal rate.  
The zooplankton abundance and biomass series ranged by water renewal rate display diagram 
peaks at the minimal, average and maximal renewal rate (Fig. 2). This points to the existence of 
three ecological zooplankton  groups, which quantitative development is accelerated at a 
certain water renewal rate.   
 
 
 
   
Fig.  2  -  Changes of zooplankton abundance and biomass in the north-western part of the 
Caspian Sea in 1961-2012 depending on the water renewal rate (its values are plotted 
along the X axis). 
 
The series of zoobenthos abundance and biomass ranged by the water renewal rate clearly 
show that its quantitative development grows with the increase of the water renewal rate. As 
for zoobenthos biomass, this dependence refers only to the median (Me), and the changes of 
X
mean
 of the zoobenthos biomass were of the opposite nature. The highest value of X
mean
 was 
0 
50 
100 
150 
0 
10 
20 
30 
40 
50 
60 
Xmean 
Me 
Abundance of zooplankton, thousand 
specimen/m3 
Me 
Xср 
0 
200 
400 
600 
800 
1000 
1200 
1400 
0 
50 
100 
150 
200 
250 
300 
350 
Xmean 
Me 
Biomass of zooplankton, mg/m3 
Me 
Xср 
54

---