2.8. Визначення первинної продукції фітопланктону і деструкції органічних речовин

Інтенсивність первинної продукції залежно від того, який з інгредієнтів процесу фотосинтезу ми вимірюємо (наприклад, вміст кисню чи фотосинтезованої органічної речовини), може суттєво відрізнятися. Для відносної формалізації показників, що характеризують первинну продукцію, умовно було виділено кілька її форм. Запропоновані форми первинної продукції – це відносно віртуальні характеристики, що визначають реально існуючі потоки енергії в екосистемах:

валова первинна продукція (А_В) – це вся енергія, що утворилась фітопланктоном у процесі фотосинтезу в екосистемі;

ефективна первинна продукція (А_ЕФ): А_ЕФ = А_В – R_Ф , де R_Ф – енергетичні витрати на дихання (метаболізм) водоростей;

чиста первинна продукція, або фактично наявна в екосистемі біомаса (B) фітопланктону (А_Ч): А_Ч = А_В – R, де R – сумарні енергетичні витрати на дихання (метаболізм) усіх компонентів планктону: R = R_Ф + R_З + R_Б + R_і, де R_Ф – енергетичні витрати на дихання водоростей; R_З – енергетичні витрати на дихання зоопланктону; R_Б ­– енергетичні трати на дихання бактеріопланктону; R_і – енергетичні трати на дихання джгутикових форм.

Важливим показником стану біоти є величина А_В/Rдобу^-1, яка характеризує співвідношення продукційно-деструкційних процесів і дозволяє визначати надходження алохтонних органічних речовин, а відповідно оцінювати ступінь антропогенного навантаження на екосистему, знаходити місцерозташування джерел забруднення і визначати величину енергетичної субсидії, що необхідна для функціонування конкретної екосистеми.

Поряд із широким використанням добового відношення А/R, можливий також аналіз цього показника протягом декади, місяця, року, що дозволяє більш повно характеризувати стан біоти за даний проміжок часу.[19]

Розглянемо найбільш поширені в гідроекологічних дослідженнях методи визначення первинної продукції фітопланктону.

Визначення первинної продукції за кількістю клітин водоростей

Процедура цього методу така:

а) молібденові або кварцеві циліндри (об’єм води – від 1 до 5 л) наповнюють пробами фітопланктону. Отвори циліндрів щільно закривають млиновим газом № 76. Розмір вічка газу не дозволяє виходити водоростям з посуду. Застосування молібденового або кварцового скла запобігає поглинанню короткохвильової частини сонячного спектру, а отже наближає дослідні умови до природних. Необхідна місткість експериментальних циліндрів визначається інтенсивністю розвитку фітопланктону: чим більше в пробі водоростей, тим меншою має бути місткість посуду;

б) не менш ніж два циліндри використовуються як контрольні, в яких після їх заповнення і фіксації проб підраховують кількість фітопланктону: чисельність (N₀), тис. кл/дм³, або біомасу (В₀), мг/дм³, які є контролем даного досліду;

в) інші циліндри експонують у досліджуваній водоймі. Експозиція (t) становить, як правило, одну добу;

г) після закінчення експозиції вміст проби фіксують і камерально опрацьовують. Залежно від кількості використаних циліндрів середній вміст водоростей у досліді становитиме:

(2.4)

або ,

де n – кількість експериментальних циліндрів;

д) первинну продукцію водоростей обчислюють за формулою

(2.5)

або ,

відповідно у тис. кл/дм³ або мг/дм³ протягом експозиції (t).

Результати, одержані за цим методом, найбільш повно характеризують чисту первинну продукцію фітопланктону (А_Ч).[20]

Визначення первинної продукції за динамікою вмісту біогенних елементів у воді.Метод базується на основному рівнянні фотосинтезу, біохімічного процесу, який відбувається з включенням у склад новоутвореної органічної речовини біогенних елементів. Відповідно чим більш інтенсивно формується продукція, тим більше біогенних елементів поглинається фітопланктоном. За різницею біогенних елементів в експериментальних і контрольних склянках можна оцінювати продукцію водоростей.

Вперше цей метод був запропонований В. Г. Дацко при вивченні продуктивності екосистем Азовського і Чорного морів. Основні недоліки методу: швидка регенерація біогенних елементів при деструкції (лізису) рослинних клітин та адсорбція біогенних елементів (особливо фосфатів) на поверхні клітинної оболонки водоростей.[21]

Визначення первинної продукції за добовою динамікою кисню. Суть методу полягає у тому, що формування первинної продукції протягом доби характеризується різною інтенсивністю . Відповідно вміст розчиненого у воді кисню, що є одним з кінцевих продуктів фотосинтезу, змінюється пропорційно добовій динаміці останнього. Найменший вміст у воді кисню реєструється в кінці темного періоду доби, коли фотосинтетична аерація практично відсутня, найбільший, за даними наших спостережень, – між 13-ю і 16-ю годинами.

Отже, інтенсивність первинної продукції – це різниця між максимальними і мінімальними показниками, що характеризують вміст розчиненого у воді кисню протягом доби.

На жаль, незважаючи на простоту визначення продукції за добовою динамікою вмісту у воді кисню, цей метод має ряд недоліків, а саме: методично дуже важко встановити максимальний і мінімальний вміст у воді кисню; в процесі фотоаерації води при досягненні насичення її киснем 100% і більше відбувається дифузія кисню в атмосферу, особливо це характерно при високій температурі води. Встановити величину цього показника методично складно. А застосування певних коефіцієнтів знижує репрезентативність отриманих даних.

Очевидно, що метод найбільш оптимально може використовуватись при постійній автоматичній реєстрації вмісту кисню у воді за допомогою відповідних приладів.[22]