📄Работа №134184
Тема: Внутригодовое изменение факторов и скоростей массообмена в водной экосистеме малого озера в российской Арктике
Тип работы
Бакалаврская работа
Предмет
гидрология
Объем:
82 листов
Год:
2022
Просмотров:
109
4230
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1. ТЕОРЕТИКО – МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ СКОРОСТИ МАССООБМЕНА И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ВОДНОЙ ЭКОСИСТЕМЫ 6
1.1 Основные термины 6
1.2 Специфика водных объектов и предметов исследования в гидрологии и смежных науках. 13
1.3 История вопроса, выбор классификаций, признаков и классов оценочных исследований водоемов 18
1.4 Современное состояние исследований 23
Глава 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ И СКОРОСТЕЙ МАССОБМЕНА В КЛЮЧЕВЫХ ВОДОЕМАХ СЕВЕРО-ЗАПАДА И АЗР 25
2.1 Материалы и методы 25
2.2 Создание информационной базы 26
2.3 Модели влияния факторов на скорости продуцирования и деструкции органического вещества в водных экосистемах озер 30
2.4 Расчеты факторов и скоростей по разработанным моделям для ключевых водоемов 36
2.4 Сравнение результатов моделирования для ключевого водоема АЗР и озера в Северо-Западном Приладожье 47
ГЛАВА 3. ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОДУКЦИИ И ДЕСТРУКЦИИ, ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ НА ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ВОДНОЙ ЭКОСИСТЕМЫ 49
3.1 Оценка адекватности моделирования продукции, деструкции, D/P-отношения по разным моделям и их сравнение с результатами натурных наблюдений 49
3.2 Оценка продукционной и деструкционной функции озер 64
3.3 Опыт применения разработанных подходов к оценке состояния водоемов, их эмерджентных свойств и функций. 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 80
Глава 1. ТЕОРЕТИКО – МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ СКОРОСТИ МАССООБМЕНА И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ВОДНОЙ ЭКОСИСТЕМЫ 6
1.1 Основные термины 6
1.2 Специфика водных объектов и предметов исследования в гидрологии и смежных науках. 13
1.3 История вопроса, выбор классификаций, признаков и классов оценочных исследований водоемов 18
1.4 Современное состояние исследований 23
Глава 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ И СКОРОСТЕЙ МАССОБМЕНА В КЛЮЧЕВЫХ ВОДОЕМАХ СЕВЕРО-ЗАПАДА И АЗР 25
2.1 Материалы и методы 25
2.2 Создание информационной базы 26
2.3 Модели влияния факторов на скорости продуцирования и деструкции органического вещества в водных экосистемах озер 30
2.4 Расчеты факторов и скоростей по разработанным моделям для ключевых водоемов 36
2.4 Сравнение результатов моделирования для ключевого водоема АЗР и озера в Северо-Западном Приладожье 47
ГЛАВА 3. ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОДУКЦИИ И ДЕСТРУКЦИИ, ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ НА ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ВОДНОЙ ЭКОСИСТЕМЫ 49
3.1 Оценка адекватности моделирования продукции, деструкции, D/P-отношения по разным моделям и их сравнение с результатами натурных наблюдений 49
3.2 Оценка продукционной и деструкционной функции озер 64
3.3 Опыт применения разработанных подходов к оценке состояния водоемов, их эмерджентных свойств и функций. 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 80
📖 Введение
Актуальность исследования. В наше время вопрос изучения экологического состояния (статуса) водных объектов приобретает все большую конкретику и важность для изучения водных экосистем. В России важными составляющими таких исследований являются изучение продуктивности водных объектов, качества поверхностных вод и их токсического загрязнения, оценки эмерджентных (интегративных, присущих системе в целом) свойств водных объектов, таких как устойчивость к изменению параметров естественного (потенциальная устойчивость) режима, антропогенных воздействий и т.п. В Европе, в принятой в 2000 г. Европейской Рамочной Водной Директиве (WFD), одной из главных целей было объявлено достижение «хорошего экологического статуса» (традиционный перевод с англ., лучше переводить – «высокого экологического статуса»), который определяется, главным образом, через качество водных экосистем и способность их полноценно выполнять свое «функциональное назначение». Эти исследования рекомендуется выполнять на основе биологических методов контроля качества воды, в которых значительное место занимают индексы качества воды (BMWP, ASPT, HBI, TBI, EBI и др.), разработанные в ЕС ранее и в последние годы. В связи с этим, в русскоязычной литературе появились термины «хорошее экологическое качество», «хорошее экологическое состояние» и т.п. Эти термины, как правило, соответствуют названию классов качества воды в авторских классификациях, разрабатываемых в ЕС для соответствующих индексов. При этом русскоязычные авторы пишут: «В последнее время в США и в Европе при оценках качества вод в водоемах разного типа наблюдается переход от чисто химического контроля к биологическому. Состояние биоты наиболее адекватно отражает экологическое качество воды, поскольку ее структура и состав формируются под воздействием комплекса факторов характерных для данного водоема. Для оценки видового разнообразия и структуры сообществ были разработаны различные индексы, но они имеют достаточно высокую степень неопределенности, поскольку оценивают лишь один из параметров сообщества» (Семенченко, Разлуцкий, 2007).
Для определения экологического состояния (экологического статуса) традиционно анализируются химическое и экологическое состояние водных объектов на основе покомпонентного анализа или на основе индикаторного подхода. В разных странах существуют различные системы и методики, которые адаптированы к условиям стран, регионов, районов и их специфике (J. Albrecht, 2010). В тоже время анализу факторов, формирующих химический и биологический состав и физические свойства среды в водных экосистемах, уделяется несравненно меньшее внимание. То же можно сказать и об оценке скоростей процессов массообмена в водных экосистемах, хотя в публикациях отмечается, что скорости массообмена между компонентами водных экосистем могут оказаться более репрезентативными параметрами оценки экологического состояния, чем биомассы и концентрации компонентов водных экосистем, поскольку последние являются видимым проявлением влияния многих факторов, одновременно действующих на компоненты биоты и абиотическую среду. Сочетание факторов и изменение скоростей массообмена регулируют круговорот веществ и формируют основные экологические функции водоемов и их экосистем, прежде всего способность продуцировать органическое вещество (биопродукционная функция) и способность водной экосистемы подвергать разрушению и разложению мортмассу и растворенные вещества (деструкционная функция) и, тем самым, самоочищаться. То же касается и токсического загрязнения воды и донных отложений. В этом случае исследуются процессы разложения и нейтрализации токсикантов и их смесей, влияние токсикантов на скорости массообмена в экосистеме.
С учетом этого, исследование факторов и скоростей массообмена являются безусловно важными для определения экологического состояния (статуса) водных объектов. Это обуславливает также необходимость их алгоритмической реализации при разработке экологических моделей. Не меньший интерес вызывает исследование влияния факторов среды и биоты на формирование состава и режимные характеристики арктических водоемов. Этот интерес усиливается тем, что «за последние полвека Арктика теплеет в два раза быстрее, чем остальной мир» и что «трансформация Арктики в менее суровый и биологически иной регион идет полным ходом».
Объектами исследования являются озеро Большое Волковское (Суури) в Северо-Западном Приладожье, а также водоем Арктической Зоны России (АЗР) – озеро Чунозеро в Лапландском заповеднике Мурманской области.
Предметами исследования являются факторы, скорости массообмена, влияющие на продукционно-деструкционные отношения в водной экосистеме, продукционная и деструкционная функции водных экосистем.
Целью исследования являлась разработка моделей учета влияния факторов на формирование продукции и деструкции органического вещества в водных экосистемах Северо-Запада и АЗР, сравнительная оценка влияния факторов и скоростей на экологические функции водных экосистем (биопродукционную, деструкционную) на основе моделирования и натурных наблюдений.
Для выполнения поставленной цели в ходе работы решались следующие задачи:
1) Разработать теоретико-методологические основы исследования влияния факторов, определяющих скорости массообмена и основные функции водных экосистем.
2) На основе полевых исследований выявить основные факторы, влияющие на продукционно-деструкционные отношения в водной экосистеме и разработать модели влияния факторов и их сочетаний на продукцию и деструкцию органического вещества в водоеме.
3) Сформировать информационную базу для оценки влияния факторов на продукцию и деструкцию органического вещества для водоемов в северо-западном Приладожье и АЗР, изменение D/P-отношений.
4) На основе натурных данных, собранных в полевых условиях для малого озера в северо-западном Приладожье и информационной базы GEMStat водоема АЗР оценить влияние факторов на продукцию и деструкцию, выполнить проверку адекватности моделирования продукции и деструкции, D/P-отношения на основе натурных наблюдений на озере в северо-западном Приладожье.
5) Разработать алгоритм оценки влияния факторов на экологические функции водной экосистемы (биопродукционную, деструкционную).
Новизна работы заключается в разработке моделей оценки изменения факторов и скоростей массообмена в водной экосистеме АЗР и оценки влияния факторов на основные экологические функции и экологический статус водоема.
Практическая значимость. Этапы исследования, модельные представления, оценочные шкалы, выводы, полученный опыт, публикация результатов могут использоваться при оценках изменения влияния факторов и скоростей массообмена, экологических функций и экологического состояния водных объектов, для оценки сезонных и межгодовых изменений экологического статуса водоемов, планировании воздействия на водные объекты. Это обуславливает практическую значимость исследования.
Для определения экологического состояния (экологического статуса) традиционно анализируются химическое и экологическое состояние водных объектов на основе покомпонентного анализа или на основе индикаторного подхода. В разных странах существуют различные системы и методики, которые адаптированы к условиям стран, регионов, районов и их специфике (J. Albrecht, 2010). В тоже время анализу факторов, формирующих химический и биологический состав и физические свойства среды в водных экосистемах, уделяется несравненно меньшее внимание. То же можно сказать и об оценке скоростей процессов массообмена в водных экосистемах, хотя в публикациях отмечается, что скорости массообмена между компонентами водных экосистем могут оказаться более репрезентативными параметрами оценки экологического состояния, чем биомассы и концентрации компонентов водных экосистем, поскольку последние являются видимым проявлением влияния многих факторов, одновременно действующих на компоненты биоты и абиотическую среду. Сочетание факторов и изменение скоростей массообмена регулируют круговорот веществ и формируют основные экологические функции водоемов и их экосистем, прежде всего способность продуцировать органическое вещество (биопродукционная функция) и способность водной экосистемы подвергать разрушению и разложению мортмассу и растворенные вещества (деструкционная функция) и, тем самым, самоочищаться. То же касается и токсического загрязнения воды и донных отложений. В этом случае исследуются процессы разложения и нейтрализации токсикантов и их смесей, влияние токсикантов на скорости массообмена в экосистеме.
С учетом этого, исследование факторов и скоростей массообмена являются безусловно важными для определения экологического состояния (статуса) водных объектов. Это обуславливает также необходимость их алгоритмической реализации при разработке экологических моделей. Не меньший интерес вызывает исследование влияния факторов среды и биоты на формирование состава и режимные характеристики арктических водоемов. Этот интерес усиливается тем, что «за последние полвека Арктика теплеет в два раза быстрее, чем остальной мир» и что «трансформация Арктики в менее суровый и биологически иной регион идет полным ходом».
Объектами исследования являются озеро Большое Волковское (Суури) в Северо-Западном Приладожье, а также водоем Арктической Зоны России (АЗР) – озеро Чунозеро в Лапландском заповеднике Мурманской области.
Предметами исследования являются факторы, скорости массообмена, влияющие на продукционно-деструкционные отношения в водной экосистеме, продукционная и деструкционная функции водных экосистем.
Целью исследования являлась разработка моделей учета влияния факторов на формирование продукции и деструкции органического вещества в водных экосистемах Северо-Запада и АЗР, сравнительная оценка влияния факторов и скоростей на экологические функции водных экосистем (биопродукционную, деструкционную) на основе моделирования и натурных наблюдений.
Для выполнения поставленной цели в ходе работы решались следующие задачи:
1) Разработать теоретико-методологические основы исследования влияния факторов, определяющих скорости массообмена и основные функции водных экосистем.
2) На основе полевых исследований выявить основные факторы, влияющие на продукционно-деструкционные отношения в водной экосистеме и разработать модели влияния факторов и их сочетаний на продукцию и деструкцию органического вещества в водоеме.
3) Сформировать информационную базу для оценки влияния факторов на продукцию и деструкцию органического вещества для водоемов в северо-западном Приладожье и АЗР, изменение D/P-отношений.
4) На основе натурных данных, собранных в полевых условиях для малого озера в северо-западном Приладожье и информационной базы GEMStat водоема АЗР оценить влияние факторов на продукцию и деструкцию, выполнить проверку адекватности моделирования продукции и деструкции, D/P-отношения на основе натурных наблюдений на озере в северо-западном Приладожье.
5) Разработать алгоритм оценки влияния факторов на экологические функции водной экосистемы (биопродукционную, деструкционную).
Новизна работы заключается в разработке моделей оценки изменения факторов и скоростей массообмена в водной экосистеме АЗР и оценки влияния факторов на основные экологические функции и экологический статус водоема.
Практическая значимость. Этапы исследования, модельные представления, оценочные шкалы, выводы, полученный опыт, публикация результатов могут использоваться при оценках изменения влияния факторов и скоростей массообмена, экологических функций и экологического состояния водных объектов, для оценки сезонных и межгодовых изменений экологического статуса водоемов, планировании воздействия на водные объекты. Это обуславливает практическую значимость исследования.
✅ Заключение
В результате выполнения работы получены следующие основные выводы:
1. Разработаны теоретико-методологические основы исследования влияния факторов, определяющих скорости массообмена и основные функции водных экосистем. Рассмотрены основные термины, история изучения проблемы, специфика объектов и предметов исследования, современное состояние исследований. Выявлено, что оценка скоростей процессов массообмена в водных экосистемах, скорости массообмена между компонентами водных экосистем являются более репрезентативными параметрами оценки экологического состояния водоемов, чем биомассы и концентрации компонентов водных экосистем, поскольку последние являются видимым проявлением влияния многих факторов, одновременно действующих на компоненты биоты и абиотическую среду. Сочетание факторов и изменение скоростей массообмена регулируют круговорот веществ и формируют основные экологические функции водоемов и их экосистем, прежде всего способность продуцировать органическое вещество (биопродукционная функция) и способность водной экосистемы подвергать разрушению и разложению мортмассу и растворенные вещества (деструкционная функция) и, тем самым, самоочищаться.
Сформирована информационная база для оценки влияния факторов на продукцию и деструкцию органического вещества для водоемов в северо-западном Приладожье (оз.Суури) и Арктической зоне РФ (оз. Чунозеро), изменение D/P-отношений в водоемах. На основе полевых исследований в северо-западном Приладожье (оз.Суури) в 2019, 2021 гги Арктической зоне РФ (оз. Чунозеро) в 2019 г. выявлены основные факторы, влияющие на образование первичной продукции и деструкцию органического вещества в водной экосистеме озер (температура воды, освещенность в слое прозрачности воды, влияние минеральных солей фосфора и азота). Рассмотрены: материалы и методы исследования, этапы создания информационной базы, Л-, М-, ЛМ-модели влияния факторов на скорости продуцирования и деструкции органического вещества в водных экосистемах озер; рассчитаны факторы (функция температуры воды f(t), функция освещенности f(I), функция фосфора f(P), функция азота f(N)) и скорости процессов для месяцев года (март, июль, октябрь) по разработанным моделям для ключевых водоемов. Выполнено сравнение результатов моделирования для ключевого водоема АЗР и озера в северо-западном Приладожье.
Учет факторов влияния и скоростей процессов производился на основе данных натурных наблюдений на озере Суури в июле 2019 г. Для расчета функции влияния температуры воды для оз. Суури учитывалось преобладание в это время года зеленых водорослей в фитопланктоне, в соответствии с этим также была выбрана функция влияния температуры воды с параметрами, характерными для зеленых водорослей. Получено, что в июле 2019 г. деструкция превышала первичную продукцию фитопланктона в оз.Суури в 1,92 раза. С учетом того, что температура воды является основным фактором, оказывающим одновременно влияние и на продукцию (знаменатель) и на деструкцию (числитель) органического вещества в озере, сделан вывод о том, что темпы деструкции при данной температуре воды превышают темпы новообразования живого органического вещества преобладающим таксоном фитопланктона почти в 2 раза, и что водоем имеет достаточно высокий потенциал (степень) самоочищения. Лимитирующий фактор роста фитопланктона озера – концентрация фосфора. Наибольшие траты на обмен характерны для бактерий, ассоциированных с детритом, их доля в деструкции наивысшая – 80 %.
Для расчета функции влияния температуры воды для оз. Чунозеро учитывалось преобладание в это время года диатомового фитопланктона в экосистеме, в соответствии с этим также была выбрана функция влияния температуры воды с параметрами, характерными для диатомовых водорослей. В результате было получено, что для оз. Чунозеро характерна приоритетная лимитация роста первичной продукции фосфором, также, как и в водоеме северо-западного Приладожья. Также получено превышение деструкции над первичной продукцией более чем в 3 раза. В суммарной деструкции траты на обмен бактерий также являлись наибольшими (88%). В целом получен важный вывод о том, что репрезентативная оценка максимального потенциала самоочищения для арктического водоема (по величине D/ Рвал) может быть оценена по наблюдениям в наиболее теплый месяц года. В остальные месяцы достаточно высокие значения D/ Р вал обусловлены не высокой деструкцией (числитель), а низкой первичной продукцией (знаменатель). Эти результаты были названы «псевдосамоочищением». Они не рекомендованы для рассмотрения при оценке биохимического и биологического самоочищения арктических водоемов. Для подтверждения этого вывода были проведены расчеты для других сезонов года для марта и октября по БД GEMStat. Для мартовских значений характерна низкая температура воды, вследствие чего основным фактором, определяющим продукционный потенциал водоема, выступает температура. Также, в отличие от летних месяцев как в весеннем, так и осеннем варианте расчетов присутствует лед от 0,4 до 0,6 м, это оказывает существенное влияние на освещенность слоя воды, в котором создается первичная продукция. Валовая первичная продукция в озере мала (3,0*10-4 мг сух. в. л-1сут-1). Доля трат на обмен зоопланктона от суммарной деструкции наибольшая (59%), притом, что общая деструкция мала (0,27*10-4 мг сух. в. л-1сут-1). На втором месте по вкладу в общую деструкцию находится фитопланктон, на третьем – бактерии. Деструкция органического вещества мала, а D/ Рвал близко к 1,0. В этих расчетах подтвердился полученный выше вывод.
В октябре 2019 года на озере Чунозеро наблюдалась температура воды выше, чем весной - 5°C. Однако освещенность была гораздо ниже, чем весной. Вследствие этого, световой фактор сильно лимитировал рост первичной продукции. Наиболее активны бактерии, они тратят на обмен больше чем фитопланктон и зоопланктон и их вклад составляет 84% от общей деструкции. Деструкция составляет 0,0334 мг сух. в. л-1сут-1, что примерно в 4 раза меньше летней, первичная продукции в это время практически нулевая. Деструкция органического вещества мала, продукция близка к нулю, а D/ Рвал очень большое (эффект псевдосамоочищения). В итоге, полученный выше вывод также подтвердился.
Сравнение результатов моделирования влияния факторов на формирование продукции и деструкции органического вещества и продукционно-деструкционных отношений для ключевых водоемов выполнено по летним значениям параметров режимов. Рразличия в полученных данных обусловлены температурой воды и более холодным летом в водоемах АЗР. Скорости процессов (продукция и деструкция) в водоемах АЗР ниже в 9 и 5,6 раз соответственно. Существенные различия отмечены в концентрациях биогенных элементов. Соотношение рассчитанных факторов показывает, что во всех случаях их значения для озера Суури выше, чем для оз. Чунозеро. Эффект влияния температуры выражен сильнее в 1,9 раза, эффект влияния освещенности в 1,2 раза, эффект влияния минерального азота – в 2,3 раза, эффект влияния фосфора – в 2,4 раза. Для водных экосистем озер основным лимитантом в создании первичной продукции является фосфор. Отмечено, что в указанные месяцы радикально изменяется только фактор влияния температуры воды, поскольку внутригодовой ход самой температуры менялся значительно. Значения функций влияния биогенных элементов мало изменяются, их величины зависят от концентраций этих элементов. Влияния фактора освещенности несколько увеличивается от весны к лету, а затем к осени значения падают из-за сокращения продолжительности солнечного дня. Значения валовой продукции и деструкции находятся в максимуме в летнее время – это наиболее благоприятное время для моделирования и продукционных наблюдений. В оз. Суури летнее D/ Рвал превышает D/ Рвал в оз. Чунозеро на 0,18 (10% ). Зимой для оз. Чунозеро валовая первичная продукция мала (3,0*10-4 мг сух. в. л-1сут-1). Деструкция органического вещества также мала, а D/ Рвал близко к 1,0. Осенью первичная продукция близка к нулю, деструкция составляет 0,0334 мг сух. в. л-1сут-1, что примерно в 4 раза меньше летней, а D/ Рвал очень высокое (эффект псевдосамоочищения).
1. Разработаны теоретико-методологические основы исследования влияния факторов, определяющих скорости массообмена и основные функции водных экосистем. Рассмотрены основные термины, история изучения проблемы, специфика объектов и предметов исследования, современное состояние исследований. Выявлено, что оценка скоростей процессов массообмена в водных экосистемах, скорости массообмена между компонентами водных экосистем являются более репрезентативными параметрами оценки экологического состояния водоемов, чем биомассы и концентрации компонентов водных экосистем, поскольку последние являются видимым проявлением влияния многих факторов, одновременно действующих на компоненты биоты и абиотическую среду. Сочетание факторов и изменение скоростей массообмена регулируют круговорот веществ и формируют основные экологические функции водоемов и их экосистем, прежде всего способность продуцировать органическое вещество (биопродукционная функция) и способность водной экосистемы подвергать разрушению и разложению мортмассу и растворенные вещества (деструкционная функция) и, тем самым, самоочищаться.
Сформирована информационная база для оценки влияния факторов на продукцию и деструкцию органического вещества для водоемов в северо-западном Приладожье (оз.Суури) и Арктической зоне РФ (оз. Чунозеро), изменение D/P-отношений в водоемах. На основе полевых исследований в северо-западном Приладожье (оз.Суури) в 2019, 2021 гги Арктической зоне РФ (оз. Чунозеро) в 2019 г. выявлены основные факторы, влияющие на образование первичной продукции и деструкцию органического вещества в водной экосистеме озер (температура воды, освещенность в слое прозрачности воды, влияние минеральных солей фосфора и азота). Рассмотрены: материалы и методы исследования, этапы создания информационной базы, Л-, М-, ЛМ-модели влияния факторов на скорости продуцирования и деструкции органического вещества в водных экосистемах озер; рассчитаны факторы (функция температуры воды f(t), функция освещенности f(I), функция фосфора f(P), функция азота f(N)) и скорости процессов для месяцев года (март, июль, октябрь) по разработанным моделям для ключевых водоемов. Выполнено сравнение результатов моделирования для ключевого водоема АЗР и озера в северо-западном Приладожье.
Учет факторов влияния и скоростей процессов производился на основе данных натурных наблюдений на озере Суури в июле 2019 г. Для расчета функции влияния температуры воды для оз. Суури учитывалось преобладание в это время года зеленых водорослей в фитопланктоне, в соответствии с этим также была выбрана функция влияния температуры воды с параметрами, характерными для зеленых водорослей. Получено, что в июле 2019 г. деструкция превышала первичную продукцию фитопланктона в оз.Суури в 1,92 раза. С учетом того, что температура воды является основным фактором, оказывающим одновременно влияние и на продукцию (знаменатель) и на деструкцию (числитель) органического вещества в озере, сделан вывод о том, что темпы деструкции при данной температуре воды превышают темпы новообразования живого органического вещества преобладающим таксоном фитопланктона почти в 2 раза, и что водоем имеет достаточно высокий потенциал (степень) самоочищения. Лимитирующий фактор роста фитопланктона озера – концентрация фосфора. Наибольшие траты на обмен характерны для бактерий, ассоциированных с детритом, их доля в деструкции наивысшая – 80 %.
Для расчета функции влияния температуры воды для оз. Чунозеро учитывалось преобладание в это время года диатомового фитопланктона в экосистеме, в соответствии с этим также была выбрана функция влияния температуры воды с параметрами, характерными для диатомовых водорослей. В результате было получено, что для оз. Чунозеро характерна приоритетная лимитация роста первичной продукции фосфором, также, как и в водоеме северо-западного Приладожья. Также получено превышение деструкции над первичной продукцией более чем в 3 раза. В суммарной деструкции траты на обмен бактерий также являлись наибольшими (88%). В целом получен важный вывод о том, что репрезентативная оценка максимального потенциала самоочищения для арктического водоема (по величине D/ Рвал) может быть оценена по наблюдениям в наиболее теплый месяц года. В остальные месяцы достаточно высокие значения D/ Р вал обусловлены не высокой деструкцией (числитель), а низкой первичной продукцией (знаменатель). Эти результаты были названы «псевдосамоочищением». Они не рекомендованы для рассмотрения при оценке биохимического и биологического самоочищения арктических водоемов. Для подтверждения этого вывода были проведены расчеты для других сезонов года для марта и октября по БД GEMStat. Для мартовских значений характерна низкая температура воды, вследствие чего основным фактором, определяющим продукционный потенциал водоема, выступает температура. Также, в отличие от летних месяцев как в весеннем, так и осеннем варианте расчетов присутствует лед от 0,4 до 0,6 м, это оказывает существенное влияние на освещенность слоя воды, в котором создается первичная продукция. Валовая первичная продукция в озере мала (3,0*10-4 мг сух. в. л-1сут-1). Доля трат на обмен зоопланктона от суммарной деструкции наибольшая (59%), притом, что общая деструкция мала (0,27*10-4 мг сух. в. л-1сут-1). На втором месте по вкладу в общую деструкцию находится фитопланктон, на третьем – бактерии. Деструкция органического вещества мала, а D/ Рвал близко к 1,0. В этих расчетах подтвердился полученный выше вывод.
В октябре 2019 года на озере Чунозеро наблюдалась температура воды выше, чем весной - 5°C. Однако освещенность была гораздо ниже, чем весной. Вследствие этого, световой фактор сильно лимитировал рост первичной продукции. Наиболее активны бактерии, они тратят на обмен больше чем фитопланктон и зоопланктон и их вклад составляет 84% от общей деструкции. Деструкция составляет 0,0334 мг сух. в. л-1сут-1, что примерно в 4 раза меньше летней, первичная продукции в это время практически нулевая. Деструкция органического вещества мала, продукция близка к нулю, а D/ Рвал очень большое (эффект псевдосамоочищения). В итоге, полученный выше вывод также подтвердился.
Сравнение результатов моделирования влияния факторов на формирование продукции и деструкции органического вещества и продукционно-деструкционных отношений для ключевых водоемов выполнено по летним значениям параметров режимов. Рразличия в полученных данных обусловлены температурой воды и более холодным летом в водоемах АЗР. Скорости процессов (продукция и деструкция) в водоемах АЗР ниже в 9 и 5,6 раз соответственно. Существенные различия отмечены в концентрациях биогенных элементов. Соотношение рассчитанных факторов показывает, что во всех случаях их значения для озера Суури выше, чем для оз. Чунозеро. Эффект влияния температуры выражен сильнее в 1,9 раза, эффект влияния освещенности в 1,2 раза, эффект влияния минерального азота – в 2,3 раза, эффект влияния фосфора – в 2,4 раза. Для водных экосистем озер основным лимитантом в создании первичной продукции является фосфор. Отмечено, что в указанные месяцы радикально изменяется только фактор влияния температуры воды, поскольку внутригодовой ход самой температуры менялся значительно. Значения функций влияния биогенных элементов мало изменяются, их величины зависят от концентраций этих элементов. Влияния фактора освещенности несколько увеличивается от весны к лету, а затем к осени значения падают из-за сокращения продолжительности солнечного дня. Значения валовой продукции и деструкции находятся в максимуме в летнее время – это наиболее благоприятное время для моделирования и продукционных наблюдений. В оз. Суури летнее D/ Рвал превышает D/ Рвал в оз. Чунозеро на 0,18 (10% ). Зимой для оз. Чунозеро валовая первичная продукция мала (3,0*10-4 мг сух. в. л-1сут-1). Деструкция органического вещества также мала, а D/ Рвал близко к 1,0. Осенью первичная продукция близка к нулю, деструкция составляет 0,0334 мг сух. в. л-1сут-1, что примерно в 4 раза меньше летней, а D/ Рвал очень высокое (эффект псевдосамоочищения).
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.