Лекция 1 Вторичная продукция формулу:

Лекция 1
Вторичная продукция
Для вычисления продукции водных животных используют
формулу:
П = Пм – Рх + Пх, где: Пм – продукция мирных гидробионтов, Рх
– рацион хищных, Пх – продукция хищных.
В процессе дыхания животные рассеивают в окружающую среду
энергию, к-во которой эквивалентно потребленному ими кислороду
или деструкции определенного к-ва орг. в-в. К-во энергии – это траты
животных на обмен. Физиологический метод основан на
использовании соотношения между тратами на обмен (R)и продукцией
(Р). Это соотношение определяется коэффициентом использования
ассимилированной пищи на рост (К2). К2 = Р/(Р+R), откуда
Скорость потребления кислорода – наиболее доступный
показатель скорости обмена в-в у гидробионтов. Если умножить
количество потребленного кислорода на оксикалорийный коэффициент
(14,2 Дж на 1 мг О2; или 20,3 Дж на 1 мл О2), получим к-во энергии,
рассеянной в процессе дыхания. (1мл О2 = 1,6 мг О2).
Для каждой группы животных имеется уравнение зависимости
массы тела от скорости потребляемого кислорода
Зависимость выражается уравнением:
Q = Q1Wr
Где Q – скорость потребления кислорода (мл/ч) при температуре
20 С, Q1- потребление кислорода животным массой, равной единице,
W – масса тела, г.
4,86 калорий приходится на 1 мл О2, калорийность биомассы =
550 калорий на 1 гр орг. в-ва. Найденное значение – энергия
рациона.
Используя известное значение К2, находим к-во енергии органич.
в-ва гидробионтов.
Находим суточную (умножаем на 24), месячную (на 30)
продукцию, и умнож. На к-во особей.
Для учета влияния температуры, делим на коэффициент ВантГоффа, по формуле:
где Т1 – зафиксированная температура воды, V2 – продукция при
температуре 200С, V1 – продукция при данной температуре.
Пример: численность мирных коловраток = 140 тыс.экз/м3,
хищных – 20 тыс.экз/м3, биомасса соответственно 200 мг/м3, и 20 мг/м3.
1) Находим среднюю массу мирной коловратки, в граммах: 0,2
3
г/м / 140 тыс. экз/м3 = 0,0000014 г.
2) Подставляем найденную массу в формулу зависимости
потребленного кислорода от массы, которая для коловраток имеет вид:
0
Q = 0,106 W 0,796
Q = 0,0000023.
3) Умножаем на оксикалорийный коэффициент · 4,86 = 0,000011
калорий съедает 1 коловратка в течение часа
4) Делим на количество калорий в 1грамме тела коловратки / 550
= 0,00000002 г
3) K2 = 0,4. 0,4/(1- 0,4) = 0,67. 0,00000002 · 0,67 = 0,000000014
4) 0,000000014 · 24 · 30 · 140000 = 1,4 г органич. в-ва
продуцирует данная популяция коловраток при температуре 200С.
Данная популяция обитала в среде с температурой 170С.
5) Коэффициент Вант – Гоффа = 2,25 (20-17)/10 = 1,28. 1,4 г/1,28 =
1,1 г. – продукция популяции в течение месяца, в течение сезона = 1,1 ·
7 = 7,7 г.
Продукция хищных коловраток по тому же алгоритму = 0,1 г
· 7 = 0,7г.
Рацион хищных коловраток (без учета К2) = 1,04.
Общая продукция коловраток = 7,7 – 1,04 + 0,7 = 7,36г. за сезон.
Р/В – коэффициент равен 7,36/0,22 = 33.
Второй метод определения продукции – по известным для
каждого вида Р/В – коэффициентам. Это экспресс-метод, применяется
в тех случаях, когда достаточно приближенной оценки и в водоемах
высокой трофности (пруды).
Пример: В пруду доминировали Daphnia magna c биомассой 35
г/м3 и численностью 100 тыс. экз /м3, Moina macrocopa –
соответственно 20 г/м3 и 70 тыс. экз /м3, Cyclops vicinus - 3 г/м3 и 27
тыс. экз /м3.
Р/В коэффициент для Daphnia = 15,Moina = 25, Cyclops = 4,5.
Годовая продукция дафний = 35 · 15= 525 г, моин = 20 · 25= 500
г, циклопов = 13,5. Так как циклопы – хищники, находим их рацион, с
учетом того, что К2 = 0,3. 0,3/1-0,3 = 0,43. 13,5 / 0,43 = 31,4 г.
Продукция всего зоопланктона = 525 + 500 – 31,4 + 13,5 = 1007 г.
При определении потенциальной рыбопродуктивности
водоема за счет зоопланктона, нужно знать степень потребления рыбой
данного корма и кормовой коэффициент для рыбы K2. Первый
показатель принят равным 60%, второй = 6.
(1007 · 0,6)/5 = 120 г рыбы за сезон вырастает на 1 м3 за счет
зоопланктона. Если средняя глубина пруда = 1,5 м. то 120 · 1,5 = 180 г
на 1 м2 , что соответствует 1800 кг на га.
Если площадь пруда равна 200 га, то в течение сезона в нем
продуцируется 1,8 · 200 = 360 тонн рыбы.
Определение ущерба, нанесенного рыбопродуктивности
водоема стоками предприятий.
Для определения ущерба, нанесенного рыбному промыслу в
течение сезона, необходимо рассчитать рыбопродуктивность отдельно
на загрязненной акватории, и на такой же площади незагрязненной
акватории. Необходимо знать среднюю биомассу кормовых объектов
на данных акваториях, а также площадь загрязненной акватории.
Пример: Биомасса зоопланктона на загрязненной акватории
Днепровского в-ща = 0,3 г/м3, на незагрязненной – 1,8 г/м3, площадь
распространения стоков = 500 га. Средняя глубина = 8м.Р/В
коэффициент для зоопланктона Днепровского в-ща принят равным 20.
Продукция зоопланктона на загрязненной акватории = 0,3 · 20· 8· 500·
10000 / 1000, где 10000 – коэффициент перевода м3 в га, 1000 – г в кг.
Продукция = 240000 кг или 240 тонн. Рыбопродукция = (240 · 0,6) / 6 =
24 тонн.
На незагрязненной акватории продукция зоопланктона = 1,8 · 20·
8· 500· 10000 / 1000 = 1440 тонн, рыбопродукция = 144 тонн. Ущерб =
144 – 24 = 120 тонн. Если 1 кг рыбы стоит 10 грн, то предприятие
должно выплатить 120000 · 10 = 1200000 грн, т.е. 1,2 млн. гривен.
При определении рыбопродуктивности водоема по зообентосу
надо учитывать мозаичность распределения донных животных, и
рассчитывать рыбопродуктивность отдельно для каждого биотопа.
Например, в Таганрогском заливе выделяют 6 биотопов, а в
Днепровском – 4.
При определении рыбопродуктивности по моллюскам,
необходимо учитывать их доступность для рыб (моллюски менее 12
см), и степень усвояемости их органической массы (делим на 2,3, т.к.
масса моллюсков с раковиной к массе органического тела моллюсков
относится как 2,3 :1).
Лекция 2
Определение продукции бактерий. 1-й метод - По скорости
роста, 2-й - по величине темновой фиксации углекислоты.
Водная микрофлора имеет важное значение для питания
зоопланктона. Так, рацион дафний на 60% может состоять из бактерий.
Трофическую роль бактерий и их продукцию оценивают по скорости
размножения бактерий.
Метод основан на изменении численности бактерий за
определенный период в 2-х изолированных пробах воды, в одной из
которых бактерии экспонируются совместно с зоопланктоном, в другой
– без зоопланктона. Продолжительность экспозиции равна 24 часам, в
евтрофных водах – 8 часам.
Скорость размножения рассчитывают по времени удвоения
бактерий (g).
где Nt – численность бактерий в конце экспозиции, No –
численность бактерий в начале экспозиции.
Биомассу рассчитываем по изменению среднего
бактериальной клетки за время экспозиции.
Продукция равна: P = B· Kt, где Кt – константа роста.
Kt = ln2/g = 0,69/g в час или 16,6/g в сутки.
объема
Вторичная продукция Мирового океана
В Мировом океане наибольшее значение во вторичном
продуцировании имеют бактерии, грибы, зоопланктон, зообентос и
рыбы. Средняя биомасса бактерий = 2 – 10 мг С/м3, суточный Р/B
коэффициент = 0,5 – 1, суточная продукция = 0,5 – 1,5 г/м3, количество
разрушаемого органич. в-ва = 1,5 – 4,5 г. В экваториальных водах
бактериальная продукция сопоставима или превосходит первичную.
Велика продукция микрозоопланктона (инфузории, бесцветные
жгутиковые), на экваторе 30% - 40% всего зоопланктона. В планктоне
Азовского моря к-во инфузорий достигает 5-6 млн.экз м3 . Роль
микрозоопланктона – в том, что он служит передаточным звеном
между бактериями и крупным зоопланктоном. Через него проходит
около половины первичной продукции.
Средняя биомасса мезо- и макрозоопланктона колеблется от
нескольких мг до 0,5 -1 г/м3. Суммарная биомасса зоопланктона в
Мировом океане равна 21,5 млрд. т, годовая продукция – 53 млрд. т.
Средняя биомасса зообентоса колеблется от нескольких мг до
нескольких кг на 1м2. Его средняя и суммарная биомасса на разных
глубинах выражается следующими величинами:
Глубина, м
Средняя биомасса , г/м2
0 - 200
200 - 3000
Более 3000
200
20
0,2
Суммарная
млн.т
5500
1104
56
биомасса,
Суммарная биомасса зообентоса оценивается 7 – 10 млрд. тонн,
причем 80% его приходится на континентальные шельфы. Годовая
продукция равна 3 млрд. тонн.
Общее количество нектона в Мировом океане оценивается в 1
млрд. тонн, продукция – 200 млн. тонн.
В континентальных водоемах продукция консументов намного
выше, чем в Мировом океане. С одной стороны – вследствие высокой
первичной продукции, с другой – за счет поступления большого к-ва
аллохтонной органики, которая утилизируется бактериями. Продукция
зоопланктона и зообентоса континентальных водоемов достигает
нескольких тонн на га. За счет обильной кормовой базы,
рыбопродукция материковых вод велика, например в Рыбинском
водохранилище 470 кг/га, в Днепровском – 500 кг/га. Общее
количество рыбопродукции в Мировом океане больше, чем в
континентальных водах за счет площади (361059 тыс.км2 против 391
тыс.км2), но на единицу площади продукция рыб Мирового океана
заметно ниже (5,5 кг/га).
Промысловая продукция рыб как правило не превышает 5 – 10%
от потенциальной. Основная масса ихтиопродукции поедается
хищными рыбами(30%), гибнет от голода, болезней, рыбоядных птиц,
заморов (60%), вследствие влияния пром. стоков – 3%. 85% рыб гибнет
до достижения промыслового размера, 15% - после. Так, в Мировом
океане вылавливают 1,7 кг/га в год, в Рыбинском в-ще – 11 кг/га, в
Днепровском – 35 кг/га.
Первичная продукция Мирового океана
Первичная
продукция
водоемов, поверхность которых
освещается в сходной степени, может различаться в десятки и сотни
раз. Она зависит от видового состава растений в водоеме, их
количества , оптических свойств воды, концентрации биогенов,
температуры. Поскольку с продвижением вглубь освещенность
снижается, а концентрация биогенов возрастает, вертикальное
распределение первичной продукции может носить бимодальный
характер. Один максимум наблюдается вблизи поверхности за счет
оптимума освещенности, второй – на некоторой глубине, где имеется
много биогенов и необходимый минимум освещенности.
В Мировом океане по величине первичной продукции выделяют
3 зоны: открытые районы, прибрежные воды и апвеллинги. Чистая
продукция этих вод равна соответственно 50, 100 и 300 г С/м2 в год.
Суммарная величина первичной продукции Мирового океана равна 15
– 18 млрд. тонн С в год, валовая – 25 – 30. По сравнению с валовой
продукцией суши (140 млрд. тонн), продукция гидросферы в 3 раза
ниже, а на единицу площади – в 9 – 10 раз, Причина – большая
концентрация хролофилла в фитомассе водорослей из-за отсутствия
древесины и корней.
Заметно выше, чем в Мировом океане, темп первичного
продуцирования в наземных водоемах, что объясняется большим
поступлением биогенов с суши и перемешиваемостью воды. В озерах
Украины продукция фитопланктона равна 200 – 300 г С/м2 в год. В
реках и водохранилищах из-за низкой прозрачности воды первичная
продукция ниже: в Рыбинском – 50 г, в Волгоградском – 100, в
Киевском – 167г. В таких мутных вод-щах как Ташкепринское,
Чирюртское – не более 10г.
Лекция 3
Мировой промысел гидробионтов
Из огромного числа гидробионтов лишь очень немногие
представители флоры и фауны используются человеком в качестве
биологического сырья. Этим объясняется тот факт, что водные
растения и животные составляют лишь 3% в пище людей, хотя
первичная продукция гидросферы только в 3 раза меньше, чем суши.
90% промысла составляют рыбы, 10% - нерыбные объекты (киты,
моллюски, ракообразные, гидрофиты). Среди морских рыб больше
всего добывается сельдевых, тресковых, скумбриевых, тунцовых,
ставридовых, камбаловых, из проходных – лососевые. Среди
ракообразных – креветки, крабы, омары, лангусты.
С каждым годом все новые гидробионты включаются в число
промышленных объектов. Например, уже сейчас разрабатывается
проблема промыслового освоения криля (эвфаузиид и других морских
зоопланктеров).
В настоящее время уровень использования ресурсов гидросферы
достиг предельных величин. В 1770 г. был убит последний экземпляр
морской коровы. Почти исчез гренландский кит, под охрану взят
синий. Наблюдается перелов камбал, сельдей, крабов. В Днепровском
в-ще значит сократилась популяция леща, судака и сазана.
Доминируют эврибионтные виды: плотва, карась, густера. Для
рационального использования ресурсов на вылов рыб устанавливают
годовые нормы вылова, а в нерестовый период вообще запрещают
вылов.
Одна из важнейших мер – защита водоемов от загрязнения.
Поллютанты могут вызывать отравление промысловых орг-мов,
снижение их численности в результате гибели кормовых для них
объектов, ухудшает газовый режим водоемов. Особенно большой вред
гидробионтам наносит загрязнение нефтепродуктами, пестицидами,
солями тяжелых металлов, радионуклидами, детергентами.
Воспроизводству рыб может наносить вред гидротехническое
строительство, в частности сооружение плотин, перерезающих
миграционные пути. Так, на Днепре нарушилось естественное
размножение осетровых.
Большое значение имеет борьба с пищевыми конкурентами рыб.
Так, личинки комара Procladius и циклоп Acanthocyclops поедают
больше корма, чем все рыбы, вместе взятые.
Врагами рыб могут быть позвоночные и беспозвоночные.
Личинка стрекозы Anax imperator, личинка жука – водолюба съедают
до 50 мальков карпа, щитень – 8, клоп Нотонекта – 10. В Северном
Каспии птицы поедают до 900 тыс. ц рыбы, птицы Новой Земли – до
1200 ц.
Огромный вред наносят рыбному промыслу паразиты. Попавшая
в Аральское море трематода Ницшия резко сократила стадо Аральского
шипа. Несколько миллионов карповых Каспийского моря ежегодно
поражается ленточным червем лигула. Огромное к-во рыб погибает от
вирусных и бактериальных заболеваний. В основном плесе
Днепровського водохранилища преобладают гельминтозные паразиты,
которые относились к 4-м классам: моногеней, трематод, цестод и
нематод, в Самарском заливе у рыб виявлены диплостомоз и лигулез.
Заболевания рыб негативно отражаются на товарных показателях их
качества.
Основной элемент в комплексе борьбы с паразитами рыб –
профилактика заболеваний, в частности, контроль за перевозками рыб.
Помимо
санитароно-профилактических,
проводятся
лечебные
мероприятия: антипаразитарные обработки рыбы, использование
антибиотиков, антигельминтиков, химико-терапевтических препаратов.
Акклиматизация гидробионтов
Под акклиматизацией понимается приспособление организмов к
существованию за пределами своего ареала, которое возникает в
результате осуществленной человеком интродукции и характеризуется
не только выживанием и размножением особей, но и нормальным
развитием
последующих
поколений,
т.е.
натурализацией
акклиматизанта.
Если акклиматизанты не вступают в острые
конкурентные отношения с аборигенами, утилизируя неиспользуемые
ресурсы, то это – акклиматизация внедрения, а противном случае –
акклиматизация замещения, при которой численность аборигенов
сокращается или они вытесняются вселенцами. Пример первого –
вселение илоядных мизид в Днепровское в-ще, второго – заметное
снижение биомассы зоопланктона Черного моря вследствие
проникновения гребневика Мнемиопсиса.
Акклиматизация в интересах получения большого к-ва ценного
биологического сырья с водных угодий ведется путем вселения новых
промысловых объектов (рыбы, водные млекопитающие), и кормовых
для них организмов (черви, моллюски и ракообразные). Вселение
пресноводных организмов широко развернулось в 40-е годы в странах
бывшего СНГ в связи с обогащением кормовой базы водохранилищ. В
качестве интродуцентов использовано 50 видов: полихет – 4, амфипод
– 19, мизид – 9, кумовых – 7, моллюсков – 10. В новых водоемах
прижилось 30 видов, из которых многие стали массовыми.
Интродукции в моря проводились реже, но носили более массовый
характер. Самая крупная – вселение из Азовского моря в Каспийское
полихеты нереис, которая вошла в рацион осетровых, воблы, леща.
После вселения в Арал мизид и бычков промысловые запасы судака и
берша увеличились с 1 тыс. тонн до 12 тыс. тонн.
При проведении акклиматизационных работ важно знать
потенциальный ареал видов, который обычно значительно шире
фактического, и иметь в виду 4 критерия: 1) географический, по
климатическим хар-кам, 2) экологический, исходя из требований оргма к среде, 3) биотический, определяемый отсутствием в фауне
водоема
биологически
сходного
вида,
4)
хозяйственный,
характеризующий вселяемый объенкт в отношении полезности.
Необходимо также учитывать эффективность использования пищи
вселяемыми объектами, образование ихтиомассы и скорость этого
процесса.
Например,
на
прирост
единицы
фитомассы
фитопланктофагам требуется 20 – 30 единиц массы живого корма,
зоопланктофагам – 10 – 14, зообентофагам – 12 – 15, хищникам – 5 –
10.