Методы определения первичной продукции

Из методов определения первичной продукции в гидроэкологической практике наиболее часто используется скляночный метод в кислородной и радиоуглеродной модификации.

С целью установления скорости новообразования органического вещества А. Пюттер еще в 1908 г. предложил определять концентрацию кислорода в светлых и темных склянках, заполненных естественной водой, после их суточной экспозиции. Этот метод получил название определение первичной продукции методом склянок. В его основе лежит определение количества кислорода, получаемого в светлых склянках в процессе фотосинтеза и поглощаемого в темных склянках в процессе дыхания гидробионтов.

Пробы воды, отобранные батометром, опыскаются на определенной глубине в герметически закрытых склянках – светлых (прозрачных) и темных. В светлой склянке одновременно происходят процессы фотосинтеза и дыхания организмов планктона. В темной склянке протекают только процессы дыхания (деструкции), при которых кислород поглощается. Чтобы установить прирост или уменьшение содержания кислорода на протяжении опыта, перед экспозицией склянок определяют его исходное содержание в воде водного объекта.

Темные склянки окрашивают в черный цвет или помещают в черные непрозрачные мешочки. Объем склянок зависит от плотности фитопланктона и может колебаться от 50 до 500 мл. Склянки подвешивают на тросах или специальных подставках. После окончания экспозиции из склянок отбирают пробу объемом 50-100 мл и фиксируют в ней кислород раствором хлористого магния и едкой щелочи. В результате проведенного таким образом эксперимента получают три основных показателя: а) исходную, или контрольную, концентрацию кислорода (K);б) концентрацию кислорода в прозрачных склянках (С); в) концентрацию кислорода в темных склянках (T).

Валовая первичная продукция А рассчитывается в миллиграммах кислорода на 1 дм³: А = С– Т. Деструкция (К)и чистая продукция (Р)исчисляются соответственно по формулам R = К – Т и Р = С – К.

Определяют обычно суточную продукцию, экспонируя склянки в течение 24 ч, Однако при некоторых условиях время экспозиции приходится значительно уменьшать (до 2-4 ч). Такая более короткая экспозиция применяется в случае «цветения» воды, когда фотосинтетическая активность фитопланктона уменьшается и начинают преобладать процессы деструкции.

На основании показателей продукции и деструкции рассчитывают A/R – отношение валовой продукции к деструкции. При наличии данных о биомассе определяют А/В(валовую удельную продукционную способность водорослей) или Р/В, где Р – чистая первичная продукция водорослей. Все эти показатели имеют большое значение при расчете продуктивности водоемов, а при перерасчете на энергетические единицы – для общей оценки энергоемкости водной экосистемы.

Первичная продукция фитобентоса и эпифитных сообществ водорослей измеряется аналогично продукции фитопланктона, с тем отличием, что окончательные расчеты для фитобентоса выполняются на единицу площади в миллиграммах кислорода на 10 см² в сутки или в граммах кислорода на 1 м² в сутки, а для эпифитных сообществ водорослей – на единицу массы высших водных растений (мг О₂ на 1 г сырой или сухой массы растений в сутки).

Первичная продукция высших водных растений определяется по наибольшей для всего вегетационного периода фитомассе. Чтобы учесть опадание листьев и отмирание некоторых частей на протяжении вегетации, вводится коэффициент – надбавка к максимальной фитомассе, для большинства растений он принимается равным 1,2.

Для определения продукции высших водных растений собирают и взвешивают их надземную массу с участков. Абсолютно сухую массу из таких проб получают после высушивания в сушильном шкафу.

Чтобы определить продукцию используют скляночный метод в кислородной модификации.

Для этого фрагменты растений помещают в светлые (прозрачные) и темные склянки с широкой горловиной, заполняют их водой, взятой из зоны зарослей, и экспонируют на соответствующей глубине. Учитывая большой объем фитомассы, продолжительность экспозиции можно сократить (2-4 ч). После окончания экспозиции и удаления растений в склянках определяют концентрацию кислорода. Установив массу каждого растения, экспонированного в склянках, рассчитывают продукцию, исходя из количества образованного ими кислорода. Зная удельную продукцию растения, а также общую массу зарослей, для которых оценена удельная продукция, рассчитывают продукцию на общей площади.

Вторичная продукция водоёмов. Методы её определения

Важной характеристикой водных экосистем является вторичная продукция, или продукция популяций водных животных. К ней относится продукция гетеротрофных организмов, питающихся готовыми органическими веществами, то есть продукция организмов второго и последующих трофических уровней. Кроме водных животных к таким организмам относятся также бактерии и грибы. Вторичная продукция включает прирост соматических и генеративных тканей, экскреты, отчужденные элементы тела (слущенный эпителий, слизистые покрытия и т. Д.). Исходя из этого, вторичную продукцию можно рассматривать как итог ассимиляции кормовых продуктов в процессе энергетического обмена.

Единицы выражения вторичной продукции. Вторичную продукцию рассчитывают на единицу площади или объема за те или иные сроки. Ее величину выражают в единицах: сырой или сухой массы, в единицах энергии, в количестве образующихся белков, жиров, углеводов.

Производительность популяции водных животных зависит как от условий существования, так и от ее размерно-возрастной структуры. По этим показателям популяции подразделяются на ряд типов. к моноциклическим относятся популяции гидробионтов с коротким периодом развития, рождающихся практически одновременно. Моноциклическими являются, в частности, популяции веслоногих ракообразных (Copepoda). Второй тип –популяции, в которых одновременно присутствуют особи различных возрастных групп. Это, например, популяции крупных двухстворчатых моллюсков, большинства видов рыб, у которых довольно продолжительный период развития и очень короткий период размножения. В таких популяциях в стадии половой зрелости находится одновременно несколько поколений, что делает их возрастную структуру достаточно разнообразной.

Третью группу составляют популяции ветвистоусых планктонных ракообразных и некоторых других видов, которые размножаются непрерывно на протяжении всего вегетационного периода.

К четвертой группе относятся популяции видов, характеризующихся непрерывным полициклическим размножением и коротким периодом индивидуального развития (коловратки, простейшие, бактерии). Например, для большинства представителей класса Rotatoria продолжительность жизни составляет 5-10 суток. В континентальных водоемах, уровень вторичного продуцирования заметно выше, чем в Мировом океане, что связано с более высокой первичной продуктивностью, поступлением значительных количеств аллахтонной органики.