2. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ИЗУЧЕНИЮ ОТДЕЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ И ТЕМ ДИСЦИПЛИНЫ

Блок 3. Биологическая продуктивность водных экосистем

Тема 2. Воспроизводства биологических ресурсов гидросферы

В результате роста и размножения гидробионтов в водоемах происходит непрерывное новообразования биомассы. Это екосистемне явление называют биологической продуктивностью, сам процесс новообразования биомассы - биологическим продуцированием, а новообразованную биомассу - биологической продукцией.

В биологическую продукцию не включают ту органическое вещество, которое образуется гидробионтами, но в них не накапливается (продукты разложения, прижизненные выделения и т.п.). Таким образом, биологическая продукция - это только часть биоорганической продукции, всей органического вещества, создаваемой организмами в процессе своей жизнедеятельности. Синтезированная, но не аккумулирована в гидробионтах органическое вещество, накапливаясь в воде, существенно повышает биоэнергетический потенциал экосистемы.

Биопродуктивность экосистем реализуется в форме образования организмов, полезных, нейтральных или вредных для человека. Различают продукцию первичную и вторичную. Первичная продукция представляет собой результат биосинтеза органического вещества из неорганической в процессе жизнедеятельности гидробионтов - автотрофів. Вторичная продукция образуется в процессе трансформации уже синтезированной органического вещества организмами - гетеротрофами.

Биопродуктивность - свойство экосистемы, которое проявляется в той или иной форме в зависимости от особенностей биотопа и биоценоза (подобно тому, как производительность сельскохозяйственных угодий зависит, с одной стороны, от особенностей грунта и климата, а с другой - от урожайности культуры, которая выращивается, биологических особенностей объектов, которые культивируются).

Биопродуктивность водных экосистем можно рассматривать в 2-х аспектах:

• природном (биосферном);

• социально-экономическом.

В первом случае результаты продуцирования оценивают как одну из особенностей круговорота веществ в экосистеме. С социально-экономической точки зрения биопродуктивность характеризуется величиной вылова гидробионтов, используются человеком. В этом случае производительность определяется как свойствами самих экосистем, эксплуатируемые, так и формой их хозяйственного освоения. Например, одно и то же озеро может быть высокопроизводительным, если обловлюється рационально, менее производительным, при ухудшении организации промысла и совершенно непродуктивным, когда промысел отсутствует. То есть, учитывая социально-экономический аспект, можно говорить о біогосподарську продукцию - биомассу организмов, имеющих промышленное значение. Соответственно, біогосподарська продукция зависит от:

• величины вылова;

• от ценности различных гидробионтов.

Надо отметить, что биологическая продуктивность определяется не только абсолютными качествами водных организмов, но и отражает эволюцию потребностей человека и возможностей их удовлетворения, причем для разных народов в соответствии с национальных особенностей одни и те же гидробионты могут иметь разную ценность.

Организмы, которые являются объектами промысла, образуют биологические ресурсы водоемов. Биоресурсы - понятие социальное, которое отражает отношение человека к отдельным растений и животных как возможных предметов труда. В историческом процессе становления природы для человека все большее количество гидробионтов вовлекается в сферу производства и становится биоресурсами людей.

Осваивая водоема в промышленном отношении, человек стремится получить с них как можно больше биопродуктов, подобно тому как она пытается наиболее полно использовать природные биотические богатства суши (организовать охоту или сбор полезных растений).

Возросшая техническая вооруженность людей делает реальным перенос водоемов тех принципов хозяйствования, которые сложились в процессе освоения суши и позволили получать с нее биопродуктов в сотни и тысячи раз больше, чем она давала в естественном состоянии. Промысел гидробионтов все больше дополняется их разведением, возникает новая отрасль народного хозяйства - аквакультура, что осуществляется как на пресных водоемах, так и на морях.

Надо отметить, что архитектура не является аналогом агрокультуры, потому что в отличие от нее ориентирована в основном на получение продуктов не растительного, а животного происхождения. В большей степени аквакультура подобная пастбищного животноводства, которое сочетает повышения урожайности пастбищ с улучшением использования их продукции.

Новообразования органического вещества с минеральных представляет собой основу всех продукционных процессов, происходящих в водоемах. Поэтому верное представление о величине первичной продукции и факторах, ее обусловливающих, важны как одна из основных предпосылок рационального поиска путей повышения биопродуктивности водоемов. Изучение процессов образования первичной продукции имеет и самостоятельное значение:

• водные растения являются промышленными объектами;

• во время бурного развития водные растения сильно усложняют эксплуатацию водоемов и возникает необходимость в разработке специальных мер для борьбы с ними;

• образование кислорода в процессе первичного продуцирования имеет огромное значение для аэрации водоемов, формирования качества питьевых вод и усиление способности самоочисної водоемов.

Первичная продукция водоемов, поверхность которых освещается примерно одинаково, может различаться в десятки и сотни раз. Она зависит от:

• видового состава растений в водоеме;

• количества растений и их распределения в толще воды;

• оптических свойств воды;

• концентрации биогенов;

• температуры воды.

С продвижением в глубину в разных водоемах ухудшаются условия освещения неодинаково в зависимости от прозрачности воды. В Мировом океане более 75% первичной продукции создается в поверхностном слое толщиной 40 - 50 м, где освещенность составляет не менее 400 Лк, глубже 100-200 м из-за светового голодания водорослей первичная продукция фотосинтетиків практически равна нулю.

Из-за увеличения концентрации водорослей величина первичной продукции обычно возрастает, но не линейно, а по угасающей кривой, постепенно приближаясь к пределу. Это в первую очередь связано с самозатіненням водорослей при их высокой концентрации.

Огромное влияние на эффективность первичного продуцирование имеет обеспеченность водорослей биогенами. С отклонением их концентраций от оптимальной темп продуцирования начинает снижаться аналогично тому, как это происходит при световом голодании. С дефицитом азота и фосфора в частности, связана оліготрофність целого ряда районов мирового океана. Первичная продукция прудов и других водоемов обычно резко возрастает после внесения солей фосфора и азота.

Рассмотрим методы определения первичной продукции. Мерой величины продукции фотосинтеза служит скорость образования органического вещества в процессе фотосинтеза. Одновременно с фотосинтезом происходит и дыхания растений, в процессе которого органическое вещество разрушается, потребляется кислород и выделяется углекислый газ. В темноте фотосинтез прекращается, т.е. не происходит поглощения СО₂, выделение свободного кислорода и образования органического вещества. Дыхание продолжается и в темноте, с той же скоростью, что и на свете. Поэтому путем сравнения результатов двух процессов жизнедеятельности водных организмов - фотосинтеза и дыхания в дневное и ночное время - можно получить представление о величине первичной продукции.

Различают валовую и чистую первичную продукцию. Под валовой первичной продукцией понимают всю органическое вещество, образуется в процессе фотосинтеза. Чистая продукция равна валовой за вычетом той ее части, которая расходуется на дыхание растений.

Интенсивность фотосинтеза высчитывается по количеством кислорода, который выделился, или по количеству синтезированной органической вещества (углерода). На основе этих показателей разработаны 2 основные методы, которыми пользуются при определении первичной продукции:

• кислородный

• радиоуглеродный.

Кислородный метод отличается простотой и удобством использования в полевых условиях, поэтому его чаще используют. Сущность этого метода сводится к следующему. В водоеме, что изучается, отбирают батометром с разных глубин воду. Объем стаканов в зависимости от степени развития фитопланктона колеблется от 60 до 500 мл. Если в эвтрофных водоемах пользуются стаканами объемом 60-100 мл, то в олиготрофных - в соответствии стаканами объемом 250-500 мл. "Темнота" в стаканах достигается вращением их фольгой или черной плотной материей. С помощью различных приспособлений (штатив, кольца) стакана подвешивают на тросе на соответствующих

глубинах. Продолжительность пребывания стаканов в водоеме обычно равен 24 часа. При этом учитывается то, что на протяжении суток начинаются и заканчиваются циклические изменения освещения и других условий.

Разница между содержанием кислорода в светлой и затемненной стаканах после экспозиции показывает величину фотосинтеза фитопланктона. Первичную продукцию в мг О2 /л ч рассчитывают по формулам.

В Мировом океане величина первичного продуцирования в различных участках колеблется от нескольких мг до десятых долей грамма углерода за день на 1 м² и в основном определяется степенью перемешивание вод (вынес в поверхностный слой биогенов). По производительности выделяют три зоны Мирового океана:

• открытая зона;

• прибрежные воды;

• апвелінг.

Чистая продукция этих вод в среднем составляет соответственно 50, 100 и 300 г углерода/ м² за год. Валовая же продукция (первичная) Мирового океана по оценкам разных авторов составляет 60-70 млрд. тон углерода.

Заметно выше, чем в Мировом океане, темп продуцирование органического вещества в континентальных водоемах, особенно в озерах. В эвтрофных озерах мира среднесуточная чистая продукция составляет 600-800 мг С/ м²; в мезотрофних - 250-500, в олиготрофных - 50-300. Высокой уровень первичного продуцирования в континентальных водоемах объясняется большим поступлением биогенов с суши и перемешиванием вод. Благодаря циркуляции, что часто охватывает в те или иные сроки водную массу озер, происходит значительная мобилизация биогенов из донных отложений. Поэтому взаимодействие между водной толщей и донными отложениями в озерах намного интенсивнее, чем в Мировом океане и является дополнительным фактором, способствующим существованию фитопланктона и увеличению его продукции. В очень глубоких озерах первичная продукция становится значительно меньше, особенно если поверхностный сток в сравнению со всей водной массой озера незначительный.

С развитием цивилизации и расширением технических возможностей гидросфера осваивается все интенсивнее. Этот процесс осуществляется разными путями. Прежде всего, до освоения малых водоемов прилагается эксплуатация более крупных. Второй путь - усиление эксплуатации тех биоресурсов, что является "даром природы", за счет совершенствования техники ловли и расширение ассортимента объектов, вылавливаются. Третий путь - охрана естественного воспроизводства биоресурсов и осуществления ряда мероприятий, которые повышают эффективность. Четвертый - превращение водоемов в угодья, культурно обрабатываются и на которые распространяются принципы, используемые в сельском хозяйстве.

В узком смысле слова архитектура - это промышленное выращивание гидробионтов по определенной технологической схеме с контролем над всеми звеньями процесса. Если речь идет о выращивание морских организмов, то говорят о марікультуру. Разведение пресноводных гидробионтов - лімнокультура. В широком смысле слова под аквакультурой понимают хозяйствованию на водоемах с целью повышения их производительности.

Существуют 2 принципы ведения аквакультуры:

• максимальное использование водоемов как хозяйственных угодий.

Это достигается за счет стимуляции первичного продуцирования и управления экосистемным процессами с целью получения с единицы площади максимальной продукции. Достичь повышение первичной продукции можно путем внесения минеральных удобрений.

• использование воды как среды для выращивания хозяйственно ценных объектов за счет откорма их малоценными продуктами.

Согласно первому принципу происходит новообразования биологического сырья, а второго - трансформация одного вида в другой с проигрыванием в количестве и выигрышем в качестве. На практике эти два принципы очень часто выступают в сочетании.

Формами аквакультуры являются :

• рыбоводство в озерах и водохранилищах;

• прудовое рыбоводство;

• садкове и бассейновое выращивание рыб;

• устричные и мидиевый хозяйства;

• культивирование ракообразных, водорослей и других гидробионтов.

Прудовое рыбоводство - это исторически наиболее древняя и более детально разработана форма аквакультуры, при которой рыборазведения осуществляется в искусственно построенных водоемах с постоянным контролем за составом ихтиофауны. В пруды запускают молодежь выращиваемых рыб и контролируют процесс их роста. Пищей рыб, с одной стороны, планктон и бентос, а с другой - искусственные корма, которые вносятся в водоемы. Ставки обустраивают спускними, что позволяет полностью отлавливать выращиваемую рыбу и облегчает уход за водоемом.

Для товарного выращивания в прудах используют многочисленные породы карпа, форель, толстолобик, тиляпии, буффало и другие. Выращивание ведут:

1 - в монокультуре, когда пруды зарыбляют молодью одного вида;

2 - в поликультуре, за счет совместного содержания разных видов рыб.

По способу организации различают прудовые хозяйства:

• полносистемные

• не полносистемные.

Во первых рыба выращивается от икринки до товарной продукции, в других - осуществляется только часть этого производственного процесса: или выращивание посадочного материала (риборозплідники), или выращивание товарной рыбы из завезенного посадочного материала. В нашей стране более распространены вторые.

По составу рыб, выращиваемых, прудовые хозяйства подразделяются на:

• тепловодные (карп, толстолобик);

• холодноводі (форель).

В зависимости от типа прудового хозяйства, состав выращиваемой рыбы, климатической зоны время, необходимое для получения товарной продукции, неодинаков. Так, в Украине в прудовых хозяйствах преобладают 2-х годовые обороты.

Процесс выращивания товарной рыбы обеспечивается использованием прудов различного типа. В относительно глубоких маточковые прудах содержатся производители выращиваемого вида рыбы и ремонтный молодняк, то есть особи, которые оставлены для пополнения стада осеменителей. Весной производителей пересаживают в неглубокие нерестовые пруды, получают от них половые продукты, искусственно оплодотворяют икру и инкубируют ее в специальных аппаратах. Личинок, появившихся выпускают в малькові пруды. На зиму возросшую в малькових прудах молодь пересаживают в глубокие зимовальные пруды и весной используют в качестве посадочного материала для зарыбления нагульных прудов, где выращиваются до товарного стандарта.

Рыбопродуктивность прудов определяется тем, насколько близки к оптимальным абиотические и биотические параметры создаваемых экосистем. Из абиотических факторов наиболее существенными являются температурный и кислородный режимы, которые в определенной степени контролируются конструкцией прудов и организацией их водоснабжения. Из биологических факторов наибольшее значение имеет трофический, включая хищников, паразитов и пищевых конкурентов.

Улучшение трофических условий наиболее эффективно достигается удобрением прудов. Внесение биогенов стимулирует первичное продуцирование, усиливая способность экосистемы связывать большее количество солнечной энергии и тем самым увеличивать ее трофический потенциал. Внесение органических удобрений представляет собой введение в экосистему уже связанной энергии и в широком экологическом плане менее перспективное, хотя во многих случаях дает высокий хозяйственный эффект.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Что называют біопродукцією, біопродуктивністю и биологическими ресурсами?

2. В каких аспектах можно рассматривать биопродуктивность водных экосистем?

3. Что собой представляет первичная и вторичная биологическая продукция?

4. Какое значение имеет первичное продуцирование органического вещества в водоемах?

5. Какие Вы знаете методы определения величины первичной продукции? В чем их суть?

6. Сравните темпы продуцирования биологической продукции в океанах и морях и пресноводных водных объектах.

7. Понятие аквакультуры. Принципы ведения аквакультуры.

8. Организация прудового рыбоводства в Украине.