Радиоуглеродная модификация скляночного метода

Радиоактивный изотоп углерода ¹⁴С впервые был применен для измерения первичной продукции датским ученым Стиманом-Нильсоном в 1950 г. во время морской экспедиции на исследовательском судне «Галатея». С тех пор скляночный метод в радиоуглеродной модифккации (или просто радиоуглеродный метод) интенсивно усовершенствовался и в настоящее время фактически стал основным методом оценки первичной продукции в морях и олиготрофных пресных водоемах, а также на больших глубинах продуктивных водоемов, где фотосинтез по приросту кислорода неощутим.

Изотоп ¹⁴С, по сравнению с другими изотопами, имеет ряд преимуществ: он относительно безопасен для здоровья (имеет слабое (β-излучение), кроме того, образцы планктона в подходящих условиях могут храниться в течение многих месяцев без заметного падения активности, поскольку период полураспада этого изотопа составляет 4700 лет.

Радиоуглеродный метод определения продукции основан на том допущении, что в процессе фотосинтеза меченая по углероду углекислота используется водорослями так же, как и немеченая. Поэтому, если измерить содержание углекислоты в склянке с фитопланктоном, затем добавить туда меченую углекислоту известной активности, проэкспонировать пробу на свету и с помощью радиоаппаратуры измерить количество включенной планктоном метки, можно рассчитать количество ассимилированной на свету углекислоты (т.е., определить продукцию фитопланктона).

Достоннство ¹⁴С-метода - высокая чувствительность (почти на два порядка выше кислородного метода), благодаря которой он стал незаменим при изучении первичной продукции в олиготрофных водоемах.

Для расчета первичной продукции под 1 м² поверхности водоема измеряют скорость фотосинтеза планктона на нескольких горизонтах фотической зоны. При выборе горизонтов следует ориентироваться на прозрачностъ воды по диску Секки.

Например, отбирают пробы с поверхности водоема и с глубин, равных 0,25S , 0,5S , S, 1,5S , 2S, 2,5S, 3S , где S-прозрачность воды по диску Секки. Диск Секки представляет собой прикрепленный к тросу диск белого цвета (диаметр 30 см). Прозрачность «по диску Секки» - граница его видимости в толще воды.

Максимальная скорость фотосинтеза в единице объема воды в озерах высоких широт (в более южных при пасмурной погоде) наблюдается обычно вблизи поверхности. В водоемах умеренных широт фотосинтез у поверхности нередко угнетается избыточной солнечной радиацией и максимум фотосинтеза регистрируется на некоторой глубине. Например, для многих озер максимум фотосинтеза наблюдается на глубине 0,1-0,25 или 0,5 м, причем здесь он в 3-6 раз выше, чем в самом верхнем слое воды. На это необходимо обращать внимание при выборе горизонтов отбора проб фитопланктона и экспонировании склянок при определении его продукции.

К важнейшим показателям первичной продукции планктона, измеряемой с помощью кислородной или радиоуглеродной модификаций скляночного метода, относятся: 1) суточная скорость фотосинтеза в 1 м³ воды у поверхности - А_пов, где фотосинтез может угнетаться избыточным светом; 2) суточная скорость фотосинтеза в 1 м³ на глубине с оптимальными световыми условиями - А_opt; нередко А_пов= А_opt, так как оптимальные для фотосинтеза световые условия при малой прозрачности воды или при низкой солнечной радиации практически могут быть у поверхности водоема; 3) суточный фотосинтез под 1 м поверхности водоема - ΣА; 4) сезонная или годовая продукция фитопланктона - ΣΣА, которую выражают в гС/м² или в кДж/м² за сезон или за год.

В Волгоградском водохранилище среднее значение фотосинтеза составляет 2 мгО₂/л*сутки (0.1-4 мгО₂/л*сутки).

ХЛОРОФИЛЬНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРВИЧНОЙ ПРОДУКЦИИ

Впервые содержание хлорофилла было определено Е.М.Крепсом и Н.А.Вержбицкой в 1930 г. при изучении фитопланктона Баренцева моря. В настоящее время определение содержания хлорофилла в планктоне широко используется в гидробиологической практике. Измерение концентрации хлорофилла позволяет не только получать сведения о биомассе водорослей, но и примерно оценить нх фотосинтетическую активность.

Существует определенная связь между количеством пигментов фитопланктона и скоростью образования органического вещества (то есть, величиной его продукции). Для расчета первичной продукции по содержанию в водорослях хлорофилла а необходимо знать так называемое ассимиляционное число хлорофилла (АЧ). Это число показывает, какое количество углерода углекислоты ассимилируется в единицу времени одной весовой единицей хлорофилла в процессе фотосинтеза при световом насыщении. Обычно АЧ выражают в мг С/мг хлорофилла за сутки или 1 час.

Максимальные значения АЧ для озер разных широт находятся в пределах 1-10 мг С/(мг ч) или 3,3-33 мг кислорода/(мг ч). А содержание хлорофилла а (мг/м³) в озерах и водохранилищах находится в следующих пределах: олиготрофные - 1; мезотрофные - 1-10; эвтрофные- 10-100; высокотрофные - 100 и более.

Поэтому, зная АЧ и концентрацию хлорофилла в воде, можно орнентировочно судить о величине первичной продукции в водоеме.

Результаты, получаемые с использованием хлорофильного метода, являются вполне приемлемыми в гидробиологических исследованиях. Однако они могут рассматриваться лишь в качестве ориентировочных значений, дополнением величинам первичной продукции, полученным скляночными методами. Поэтому специалисты рекомендуют использовать хлорофильный способ оценки первичной продукции, когда измерение скляночным методом по каким-либо причинам невозможно.