Продуктивность водных экосистем

Введение
1 Продуктивность водоемов
1.1 Классификация водоемов по продуктивности
1.2 Функциональные характеристики водных экосистем
2 Общее представление о первичной продукции
2.1 Первичная продукция разных водоемов
2.2 Значение разных форм первичной продукции в водоемах
2.3 Первичная продукция планктона
2.3.1 Методы определения первичной продукции планктона
2.3.1.1 Скляночный метод в кислородной модификации
2.3.1.2 Скляночный метод в радиоуглеродной модификации
2.3.1.3 Метод флуоресценции
2.3.1.4 Расчет продукции по содержанию хлорофилла А в планктоне
2.4 Первичная продукция макрофитов
2.4.1 Кислородный метод определения продукции макрофитов
2.5 Первичная продукция перифитона
2.5.1 Методы определения первичной продукции перифитона
3 Общее представление о вторичной продукции
3.1 Продуктивность гетеротрофных бактерий и простейших
3.2 Продуктивность рыб
3.3 Расчет вторичной продукции популяций многоклеточных животных
3.3.1 Способ Бойсен-Йенсена
3.3.2 Расчет продукции как суммы приростов особей
3.3.3 Приближенная оценка продуктивности популяций животных
3.3.4 Физиологический метод
Заключение
Список использованных источников

Введение

Всем морским организмам, как всему живому, свойственно наращивать биомассу, то есть увеличивать с возрастом свой вес и продолжать свой род. Если бы в море не существовали эти два процесса, то оно стало бы безжизненной пустыней. Для того чтобы расти и создавать себе подобных, организм должен потреблять пищу, иметь ее всегда в достаточном количестве и тем самым добывать энергию, необходимую для жизнедеятельности. Крупные хищники потребляют более мелких, которые охотятся за растительноядными животными. Микроскопические водоросли используют растворенные в воде минеральные соли.
...

1 Продуктивность водоемов

Поступательные и циклические изменения в экосистемах сопровождаются изменением суммарной биомассы экосистемы.
Биомасса — суммарная масса всех тел живых организмов экосистемы или отдельных ее трофических уровней. Выражается обычно в единицах массы, приходящейся на единицу площади или объема.
Продуктивность водоемов – количество органического вещества, производимого в водоеме его обитателями за единицу времени на единицу площади дна или на единицу объема воды. Основу составляют водные растения, которые служат пищей водным животным. В наиболее холодных арктических и антарктических морях продуктивность невелика, процессы развития организмов идут медленно. В умеренном поясе она возрастает, а в тропических и экваториальных морях быстрота биологических процессов наибольшая. Однако биомасса организмов ниже, чем в умеренном поясе, поэтому несколько снижается и продуктивность.
Различают биологическую и промысловую продуктивность.
...

1.1 Классификация водоемов по продуктивности

По уровню продуктивности природные водоемы могут классифицироваться как:
• дистрофные;
• олиготрофные;
• мезотрофные;
Классификация водоемов по их трофности применима для всех природных водоемов.
Трофический уровень водной экосистемы сильно связан с содержанием в воде биогенов – растворенных минеральных веществ, являющихся удобрением для водных растений. К ним относятся, прежде всего, соединения фосфора и азота.
Дистрофные водоемы характеризуются небольшим количеством питательных веществ, бедные растительным планктоном. Такими являются озера с большим количеством гумусовых кислот. Вода окрашена в желтый или коричневый цвет.
Олиготрофные водомы  водоемы с невысоким уровнем первичной продукции. К олиготрофным относят воды, занимающие большие пространства в центральных субтропических областях Мирового океана, первичная продуктивность которых из-за недостатка биогенных элементов низка.
...

1.2 Функциональные характеристики водных экосистем

При изменении температуры воды на один градус увеличивается с севера на юг и достигает наибольшей величины в экосистемах тропических водоемов.
Наибольшая скорость приращения энергии в первичной продукции, отмечаемая в экосистемах субтропических и тропических водоемов.
Наибольшая скорость приращения энергии в первичной продукции, отмечаемая в экосистемах субтропических и тропических водоемов обусловлена мало меняющимися условиями внешней среды, в частности высокими температурами воды, преобладанием содержания азота в воде, которое, скорее всего, связано с особенностями почв на водосборе и более высокой скоростью оборачиваемости фосфора в таких экосистемах.
...

2 Общее представление о первичной продукции

Первичная продукция водоемов – результат жизнедеятельности населяющих его растительных организмов. Она существенно отличается от всех других видов биологической продукции тем, что представляет собой образование органических веществ из минеральных, требующее затраты определенного количества энергии.
Первичная продукция наряду с поступающими в водоем аллохтонными органическими веществами составляет материальную и энергетическую основу всех последующих этапов продукционного процесса в водоеме. Все последующие стадии продукционного процесса представляют собой этапы разрушения, минерализации или деструкции органических веществ, сопровождающиеся потреблением кислорода и рассеянием энергии. В меньшей степени известна продуктивность лотических экосистем. Однако продукционные возможности водоемов или водотоков могут быть оценены более полно с учетом продукции фитопланктона, макрофитов, перифитона [6].
...

2.1 Первичная продукция разных водоемов

Некоторые сведения о величинах первичной продукции экосистем говорят о том, что в лотических экосистемах первичная продукция несколько ниже, чем в лимнических.
Таблица 1  Доля продукции водорослей фитопланктона, макрофитов, перифитона в общей первичной продукции водоемов и водотоков
Водоем, водоток

Глубина (средняя), м
Макрофиты
Перифитон
Фитопланктон
Бере-Стрим, Англия
–
9
10
–
Темза, Англия
–
2
8
90
Озеро Лоуренс, США
5,9
51
23
26
Озеро Марион, Канада
2,4
27
61
12
Озеро Боракс, США
0,7
0,7
42,3
57
Озеро Латниярви, Швеция
16,5
20
15
60
Озеро Миколайское, Польша
11
12
6
82
Озеро Баторино, Белоруссия
3
3,6
2,4
94
Озеро Нарочь, Белоруссия
11
38
32
31
Озеро Красное, Россия
7
12
8
80
Озеро Пяярви, Финляндия
14
18
5
77
Киевское водохранилище, Украина
4
6,4
24
44

По данным многочисленных исследований выявлено, что продуктивность нарастает по направлению от арктических водоемов к тропическим.
...

2.2 Значение разных форм первичной продукции в водоемах

Источником первичной продукции может служить как фотосинтез зеленых растений и бактерий, так и бактериальный хемосинтез.
Относительное значение фото- и хемосинтетических процессов будет различаться в зависимости от условий. Нельзя отрицать возможности того, что при некоторых особых условиях роль хемосинтетических процессов может быть значительной. Однако при сопоставлении фото- и хемосинтеза необходимо учитывать существенное различие энергетической стороны этих процессов.
Как известно, источником энергии для различных хемосинтетических бактерий служит окисление водорода, метана, аммиака или закисного железа. В природных водоемах, за исключением редких и специальных случаев, все перечисленные вещества возникают при разложении органических веществ.
...

2.3 Первичная продукция планктона

Продукция фитопланктона в водоемах зависит от скорости построения органических веществ, которая в значительной степени определяется световыми условиями. С глубиной освещенность уменьшается и соответственно уменьшается первичная продукция. Максимальная первичная продукция в единице объема воды в водоемах высоких или более южных широт при пасмурной погоде наблюдается обычно вблизи поверхности воды. В водоемах умеренных и южных широт фотосинтез у поверхности нередко угнетается избыточной инсоляцией.
С глубиной условия освещения быстро ухудшаются. И ниже определенных горизонтов водоросли испытывают световое голодание, которое представляет собой долю первичной продукции при оптимальной освещенности.
Температурные условия в водоемах неоднозначно влияют на первичную продукцию.
...

2.3.1.1 Скляночный метод в кислородной модификации

Биомасса водных организмов, пропорциональна количеству органических веществ. Она может быть выражена эквивалентным ей количеством кислорода, потребного для полного окисления, которое может быть определено соответствующими методами. Биомасса, выраженная в единицах кислорода, оказывается непосредственно сравнимой с результатами измерений интенсивности фотосинтеза и дыхания.
Таким образом, есть основания выделить кислородный метод изучения биотического баланса и продуктивности водоемов. Этот метод имеет еще одно преимущество большого и даже решающего значения. Несмотря на большие различия химического состава органических веществ, количество энергии, приходящееся на одну весовую или объемную единицу кислорода, потребного для полного окисления разных органических веществ, различается в узких пределах.
...

2.3.1.2 Скляночный метод в радиоуглеродной модификации

Данный метод применяется на олиготрофных водоемах, включая основные морские и океанические воды. Впервые была использована Стиманом-Нильсеном в 1950 году во время работ датской морской экспедиции на судне «Галатея».
Метод сводится к следующему. В пробу воды вносят изотоп углерода в виде карбоната или гидрокарбоната натрия с известковой радиоактивностью. После некоторой экспозиции склянок в воду из них отфильтровывают через мембранный фильтр и определяют на фильтре радиоактивность клеток планктона.
Валовая первичная продукция рассчитывается по формуле (2):

(2)
где, А  валовая первичная продукция;
– радиоактивность планктона на фильтре;
– радиоактивность вещества, внесенного в склянку;
С – содержание в воде.

Радиоуглеродный метод почти на два порядка чувствительнее кислородного.
...