Определение первичной продукции и деструкции органического             вещества

Важной характеристикой биологической продуктивности водоема является первичная продукция и деструкция органического вещества.

Первичная продукция – это продукция органического вещества, образованного растительными клетками в процессе фотосинтеза. Первичная продукция становится органической пищей для животных организмов различных трофических уровней и, таким образом, определяет уровень биологической продуктивности водоема. Различают валовую Рвал и чистую Рчист первичную продукцию.

Валовая продукция – это общее количество органического вещества, образовавшееся в процессе фотосинтеза.

Чистая продукция учитывает дыхание гидробионтов, то есть деструкцию органического вещества.

Деструкция органического вещества характеризуется развитием процессов разложения органического вещества. Первичная продукция и деструкция является также важными характеристиками состояния водоема с точки зрения качества воды. Для оценки состояния водоема используют показатель индекса самоочищения. Индекс самоочищения – это отношение валовой первичной продукции к суммарной деструкции органического вещества.

Для определения первичной продукции фитопланктона широко используют метод измерения по изменению концентрации кислорода в воде (скляночный метод) и некоторые другие методы.

Сущность метода

Скляночный метод измерения первичной продукции и деструкции фитопланктона по разнице выделения кислорода в процессе фотосинтеза за определенный период, впервые был предложен Граном и Руудом и детально разработан Винбергом Г.Г.  В основе метода лежит валовое уравнение фотосинтеза:

СО2 + Н2О – (СН2О) + О2 ,                                              (45)

в котором количество потребленной углекислоты или количество выделившегося при фотосинтезе кислорода пропорционально количеству образованного органического вещества. При отсутствии света реакция идет в обратном направлении – процесс дыхания  (деструкции), разложения органического вещества с потреблением кислорода и выделением углекислоты.

Для определения первичной продукции сначала отбирают пробу воды и определяют в ней содержание растворенного кислорода (и/или  углекислого газа). Затем отбирают еще две пробы в светлые склянки, которые экспонируют на глубине отбора пробы в течение 8 часов и снова определяют концентрацию растворенного кислорода (или углекислоты). Экспонировать склянки необходимо до или после полудня.

При определении деструкции вторую пробу воды отбирают не в светлые, а в темные склянки. Затем, как и при определении продукции склянки экспонируют на глубине отбора проб и определяют концентрацию растворенных в воде газов. Концентрацию растворенного кислорода определяют методом Винклера, концентрацию углекислоты нейтрализацией щелочью. Объем  склянок составляет 100–500 мл в зависимости от продуктивности водоема: для эвтрофных водоемов используются склянки на 100 мл, для мезотрофных – на 250 мл, для олиготрофных - на 500 мл.

Первичная продукция (деструкция) будет пропорциональна разнице начальной и конечной концентрации кислорода в пробе после экспонирования.

Определение первичной продукции и деструкции обычно проводят для горизонтов различной освещенности. Горизонты измерения первичной продукции должны соответствовать глубинам, куда проникает 100, 75, 50, 10, и 1% поверхностной солнечной радиации. Глубина, на которую проникает 1% солнечной радиации, называется нижней границей фотического слоя и соответствует равновесию процессов производства и разложения биомассы. При этом первичная продукция равна деструкции. Граница фотического слоя соответствует утроенной глубине прозрачности по белому диску. Остальные горизонты фотического слоя определяют пропорционально глубине границы фотического слоя. Если фотический слой не превышает 5 м, то склянки погружают на глубины  0, 0,5, 1, 2, 3, 4, 5 м.

Оборудование и реактивы

Склянки с притертыми пробками из светлого прозрачного стекла – 3 шт., 1 склянка с притертой пробкой из темного стекла, продукционные плотики или штатив, батометр, реактивы для фиксации растворенного кислорода и определения по методу Винклера (см. с. 31).

Подготовка к отбору проб. Продукционные склянки, батометр и посуда для анализа должны быть тщательно вымыты и высушены. Склянки необходимо расставить в порядке отбора проб с горизонтов. На каждый горизонт необходимо четыре склянки – одну для определения начальной концентрации О2, две светлые и одна темная для экспонирования проб.

Отбор, экспонирование и фиксация проб. В точке отбора измеряют прозрачность воды и определяют глубину фотического слоя, умножая прозрачность на 3. После отбора проб батометром немедленно начинают заполнять продукционные склянки. Перед заполнением каждая склянка ополаскивается исследуемой водой. Склянки заполняются доверху, переливая часть пробы. Заполнять нужно осторожно, чтобы исключить попадание пузырьков воздуха. Попавшие в склянку пузырьки воздуха удаляют, оставив склянку открытой в течение одной минуты и постукивая по стенкам склянки. Следует избегать попадания прямых солнечных лучей. Пробу для определения начальной концентрации кислорода фиксируют, согласно методике. Остальные склянки закрывают и ставят на экспонирование на соответствующий горизонт, предварительно хорошо закрепив. Следует отметить время начала экспозиции. После экспозиции фиксируют остальные пробы, и проводят необходимые определения и расчет растворенного кислорода.

Расчет первичной продукции и деструкции.  Если Vс количество О2 в светлой склянке после экспонирования, Vт количество О2 в темной склянке после экспонирования, t – время экспозиции ч, Vн с  - начальное содержание кислорода в склянке перед экспонированием, то первичную продукцию Р (мг О2 л/ч) вычисляют по следующим формулам:

валовая продукция

;                                                                  (46)

чистая продукция

;                                                                      (47)

деструкция

;                                                                   (48)