Определение первичной продукции

Новообразование органического вещества из минеральных представляет собой основу всех продукционных процессов, происходящих в водоемах. Мерой величины продукции фитопланктона служит скорость образования органического вещества в процессе фотосинтеза. Одновременно с фотосинтезом происходит дыхание растений, в процессе которого органическое вещество разрушается, потребляется кислород и выделяется углекислота.

Интенсивность первичного продуцирования выражается двумя величинами - валовой и чистой первичной продукцией. Первая - это все количество органического вещества, образующегося в процессе фотосинтеза. Чистая продукция равна валовой за вычетом той ее части, которая тратится на дыхание самих растений.

О процессах построения и деструкции органического вещества можно судить по нескольким различным показателям, например, по скорости потребления кислорода, выделению углекислоты, изменению pH и т.д.

В практике рыбохозяйственных исследований для определения величин первичной продукции планктона в большинстве случаев используется кислородный метод. При проведении исследований по этому методу возможны два варианта. В первом случае величина первичной продукции рассчитывается по суточному ходу содержания кислорода и углекислоты, взятием проб воды в дневное и ночное время в открытой части водоема. Во втором – проводятся наблюдения за результатами жизнедеятельности планктона в воде, заключенной в светлые и затемненные сосуды.

Наибольшее распространение получил последний способ, который называют «методом склянок». Техника применения метода склянок и последовательность в работе заключается в следующем. Перед постановкой опыта необходимо подготовить приборы и посуду для отбора проб (батометр, склянки), а также реактивы на кислород. Для работы используют склянки из белого стекла с притертыми пробками емкостью 100 - 150 мл. Для затемнения склянки рекомендуется завертывать в два слоя темной ткани или клеенку. Отбор проб проводят батометром с разных горизонтов (у поверхности и дна). Склянки заполняют от нижнего горизонта к верхнему. После заполнения склянки закрывают и опускают на исследуемый горизонт. Одновременно фиксируют пробы на исходное содержание кислорода. Для экспонирования склянок в водоеме используют различные приспособления. Срок пребывания склянок в водоеме 24 часа. По истечении срока экспозиции склянки вынимаются, пробы фиксируются и затем определяется количество кислорода.

Разница между содержанием кислорода в исходной воде в момент заполнения склянок и его содержанием по истечении экспозиции в затемненной склянке соответствует потреблению кислорода на окисление органического вещества. Разность между содержанием кислорода в светлой и затемненной склянках после экспозиции показывает величину фотосинтеза фитопланктона.

Первичную продукцию рассчитывают по следующим формулам:

валовая продукция - Р^ = (Ос - От): Т;

чистая продукция - Р чист. = (Ос - Онс): Т;

деструкция - Д = (0НС - От): Т;

где Ос - количество кислорода в светлой склянке после экспонирования; От - количество кислорода в темной склянке после экспонирования; Онс - начальное содержание кислорода в склянке перед экспонированием; Т - срок экспозиции. Результаты измерений интенсивности фотосинтеза иногда пересчитывают на количество синтезированного углерода или на энергетические показатели. Известно, что на 1 г освобожденного кислорода приходится 0,375 г углерода или 3,51 кал.

Хотя величина первичной продукции определяется в основном фотосинтетической деятельностью организмов фитопланктона, следует учитывать, что в прудах и других водоемах много донных растений и их доля в образовании первичной продукции в ряде случаев достаточно велика.

Методы сбора и обработки проб фитопланктона

Для сбора и обработки фитопланктона применяется так называемый осадочный метод. Проба воды отбирается мерной посудой из разных мест пруда и переносится в ведро или иную емкость. Затем из ведра после перемешивания берут 0,5 - 1,0 л воды, помещают в отдельную склянку и фиксируют 2% раствором формалина. В качестве фиксатора используют также крепкий раствор йода. Раствор вливают в пробу до появления желтоватой окраски. Пробу закрывают пробкой и ставят для отстаивания в темное место на 10 -14 дней.

Для определения видового состава водорослей и их количественного учета отстоявшуюся пробу концентрируют путем сливания воды до определенного объема. Из тщательно перемешанной пробы штемпель - пипеткой берут часть концентрированного объема (0,05 - 0,1 мл). Далее пробу перемещают на счетное стекло, добавляют глицерин, подсушивают и накрывают покровным стеклом, после чего под микроскопом, используя специальные определители (Жадин, 1950; Попова, 1955 и др.), определяют видовой состав. Подсчет количества организмов проводят в счетных камерах (Богорова и др.) определенного объема. Обычно определяют и подсчитывают 2-3 параллельные пробы.

Полученные средние результаты для каждого вида и суммарную численность фитопланктона в препарате пересчитывают на всю пробу. С помощью данных таблиц средней массы фитопланктонных организмов определяют биомассу.

Расчеты

1.Литровая проба сконцентрирована в 50 мл. Тогда среднее количество и биомассу просчитанных в 0,1 мл пробы организмов умножают на 500 (50 мл : 0,1 мл = 500) и получают результат для 1 л прудовой воды.

Для того чтобы узнать количество и массу организмов в 1 м³, следует умножить результаты, полученные для 1 л, на 1000 (1м3= 1000 л).

При массовом развитии одного вида водорослей, например синезеленых водорослей, когда их биомасса достигает больших величин, рекомендуется следующая методика определения биомассы: проба фитопланктона (обычно 0,5 л) отстаивается в течение суток в мерных цилиндрах, после чего осадок сливается и отфильтровывается через бумажный фильтр. Затем определяется сырая и сухая масса водорослей.

2. Предположим, что масса фильтра равна 5,0 г. После процеживания масса фильтра с осадком составила 6,110 г, а после подсушивания - 5,070 г. Тогда сырая биомасса водорослей составляет 6,110 - 5,000 = 1,110 мг в 0,5 л, или 2220 мг/л. Сухая биомасса 5,070 - 5,000 = 70 мг в 0,5 л, или 140 мг/л.

Методы сбора и обработки проб зоопланктона

В прудах зоопланктон представлен простейшими, коловратками, ракообразными. Обычно зоопланктон собирают планктонной сеткой, состоящей из шелкового конуса с металлическим кольцом, или пластмассовым стаканчиком. Шелк, из которого делается конус сетки, применяется на мельницах для просеивания муки и называется мельничным ситом или газом. Такой шелк отличается большой прочностью и равномерностью распределения нитей и имеет нумерацию по количеству отверстий, приходящихся на 1 см² его площади. Наиболее частый газ - №77, наиболее редкий - №7. Для сбора зоопланктона используется мельничный газ №56 - 64. Вместо крана на стаканчике может быть патрубок, на который насаживается резиновая трубка, запирающаяся зажимом Мора.

В разных частях водоема набирают мерной посудой (литровой кружкой, градуированным ковшиком и т.д.) и процеживают через планктонную сетку 25 - 50 л воды. На крупных прудах берут несколько проб на участках, различающихся по своим условиям.

Взятая проба переносится в стеклянную банку или бутыль и фиксируется 4% формалином. Взятая проба снабжается этикеткой со следующими сведениями: название или номер пруда, место и время взятия пробы, количество процеженной воды.

При лабораторном исследовании собранного материала устанавливается качественный состав организмов и производится их подсчет, который ведется по группам.

Для более точного учета организмов и определения видового состава зоопланктона пробу просматривают под микроскопом. Ее предварительно доводят до определенного объема (50 - 100 см3), что упрощает дальнейшие расчеты, хорошо перемешивают и берут определенную часть для просмотра.

В этих целях используется штемпель-пипетка определенного объема, обычно 0,5 мл. При отсутствии штемпель- пипетки пользуются градуированной пипеткой. Отобранную пробу переносят на счетное стекло, на котором подсчитывают количество организмов каждого вида. Во избежание ошибки обрабатывают две параллельные пробы. Видовой состав планктонных организмов определяют с помощью специальных определителей (Липин, 1950; Мануйлова, 1964 и др.).

Зная объем пробы планктона и объем просчитанной части, определяют количество организмов во всей пробе. Для определения биомассы зоопланктона количество особей какого-либо вида умножается на среднюю массу одного экземпляра (Привезенцев, 1982). Биомасса организмов зоопланктона выражается в мг/м³.

Расчеты

Через планктонную сетку было процежено 25 л воды. Объем просмотренной пробы составил 50 мл. При подсчете было обработано две пробы по 0,5 мл. Всего в 1 мл обнаружено: Дафнии пулекс - 45 экз., Хидорус - 80 экз., Диаптомус - 10 экз., Науплиус - 30 экз., Аспланхна -120 экз.

Необходимо определить количество и биомассу организмов зоопланктона в 1 м³ воды.

Расчет ведется следующим образом. В 1 мл обнаружено 45 экз. Дафния магна, объем просмотренной пробы 50 мл, количество профильтрованной воды 25 л. Количество Дафний пулекс в 1 м3 составит

45Ч50Ч1000 : 1425 = 90000 экз.

Таким же образом рассчитывают и другие группы организмов.

Для подсчета биомассы организмов зоопланктона можно пользоваться данными по средней массе планктонных организмов. Так, средняя масса Дафнии пулекс составляет 0,2 мг. Таким образом, в 1 м3 воды находилось 90000x0,2 = 18000 мг, или 18 г.