Первичная продукция

Автотрофные организмы в водоемах создают органическое веще­ство, иногда называемое первопищей, которое потребляется в даль­нейшем гетеротрофами. Количество созданного органического ве­щества в значительной степени определяет направление и скорость внутриэкосистемных процессов.

Первичной продукцией называют скорость образования орга­нического вещества автотрофными организмами, отнесенную к еди­нице площади или объе­ма водоема. Ее выражают в единицах массы, энер­гии или эквивалентных единицах в единицу вре­мени.

Когда известна про­дукция в отдельные мо­менты времени, интетральная продукция за определенный отрезок времени может быть определена с помощью простейших методов численного ин­тегрирования, среди которых наиболее распространен метод тра­пеций. Значения продукции в отдельные даты наблюдений нано­сятся на график и соединяются ломаной линией (рис. 2). Затем находится площадь фигуры, ограниченной осью абсцисс и ломаной линией, как сумма площадей отдельных трапеций:

Полученное значение и есть количество органического вещества, образованного автотрофами за период времени t1, tn.

Первичная продукция в водоемах может образовываться в ре­зультате фотосинтеза фотоавтотрофов или бактериального хемо­синтеза. Основная часть первичного органического вещества в гид­росфере создается в результате фотосинтеза планктонных водорос­лей. Фитобентос, фитообрастания, макрофиты в морях, крупных и глубоких озерах обычно вносят меньший вклад в первичную про­дукцию по сравнению с водорослями планктона. В малых озерах, дельтах рек, некоторых других водоемах может наблюдаться об­ратная картина.

Относительное значение фитои хемосинтетических процессов в образовании первичной продукции зависит от условий среды. При определенных условиях роль хемосинтетических процессов может быть значительной. Однако при сопоставлении роли фитои хемосинтеза в создании первопищи в водоемах следует учиты­вать существенные различия энергетики этих процессов.

Хемосинтезирующие бактерии образуют органическое вещество в результате экзотермических процессов окисления некоторых восстановленных соединений. Источником энергии для хемосинтезирующих бактерий служит окисление водорода, метана, аммиака или закисного железа. В природных водоемах, за исключением водоемов со специфическим загрязнением и некоторых озер в кра­терах вулканов, эти вещества образуются в результате разложения органических веществ, которые поступили в водоем извне или не­посредственно в нем образовались.

Если эти вещества образова­лись в результате разложения автохтонных органических веществ, естественно, хемосинтез не играет никакой роли в образовании» первичной продукции. В этом случае деятельность хемосинтезирующих бактерий есть не что иное, как этап утилизации энергии пер­вичной продукции. Образование органических веществ в резуль­тате хемосинтетических процессов может рассматриваться как первичная продукция только в том случае, когда вещества, слу­жащие источником для хемосинтеза, поступают в водоем извне, подобно приходящей солнечной радиации.

В мелководном зарастающем оз. Большом Раковом первичная продукция почти всегда была выше интенсивности деструкции, за исключением кратких периодов в августе-сентябре. Особенно рез­ким преобладание скорости первичной продукции над деструкцией органического вещества наблюдалось в открытой части озера в июне-июле 1988 г. при массовом развитии сине-зеленых. В условиях низкого уровня и повышенных температур воды (средняя темпера­тура поверхности воды за июль-август 1988 г. равна 20.6°) озеро в от­крытой части проявляло себя как эвтрофный водоем. Снижению ин­тенсивности деструкционных процессов способствует малая глубина озера, в силу чего водная масса представляет собой освещенную фотическую зону.

Выполненные исследования показали, что для восстановления озера необходимо прежде всего уменьшить годовое поступление биогенных элементов в озеро с водосбора, фосфорудерживающую способность водоема, площадь зарастания высшей водной раститель­ностью. Кроме этого, необходимо, чтобы озеро после его восстановле­ния имело высокую самоочищающую способность.

Проект восстановления оз. Большого Ракового разработан Инсти­тутом „Ленгипроводхоз" в 1988 г. и предусматривал решение сле­дующих задач: уменьшение поступления в водотоки и водоемы бас­сейна вредных химических веществ и биогенных элементов;замед­ление процессов, приводящих к чрезмерному зарастанию озер, их заилению, обмелению;создание более благоприятных условий для существования уникальной флоры и фауны, в том числе для размно­жения и свободной миграции рыбы;назначение мероприятий не должно приводить к чрезмерному отчуждению пахотных земель и лесных массивов.

На водосборе озера намечено создать водоохранную зону шири­ной 1 км и прибрежную полосу шириной не менее 100 м от границы затопления, увеличить мощность очистных сооружений с целью лик­видации сбросов сточных вод без очистки. Предлагается поднять уровень воды в озере на 50-60 см с его стабилизацией в течение года. Для этого на руч. Холодном, вытекающем из озера, проектируется плотина с водосбросом и рыбоходом. Рекомендуется ежегодная очистка отдельных участков акватории озера от плавающей расти­тельности для увеличения проточности. Институтом озероведения РАН даны ориентировочные оценки возможных изменений в экосис­теме озера.

Подъем уровня до отметки 13.5 м (на 50-60 см) приведет к уси­лению фильтрации озерной воды в берега и к уменьшению грунтово­го питания. В связи с этим уменьшатся сброс воды из озера и его условный водообмен, а это в свою очередь приведет к увеличению фосфорудерживающей способности озера (рис. 18) и содержания био­генных элементов в озерной воде. Поэтому главное усилие должно быть направлено на уменьшение поступления биогенных элементов с водосбора. Вместе с тем подъем уровня в озере, как показало моде­лирование сточных и ветровых циркуляций, вызовет возрастание гидродинамической активности озера, взмучивание донных отложе­ний и, следовательно, снижение интенсивности зарастания. С повы­шением уровня в зарослях возможна еще более выраженная, чем в современный период, термическая стратификация в отдельные без­ветренные дни;будет отсутствовать эффект прямого нагревания по­верхности илов от проникающей солнечной радиации, и возможно некоторое небольшое понижение температуры иловой толщи.