19 Использование эколого-физиологических параметров гидробионтов при изучении биотического круговорота в загрязненных водах

Необходимость выяснения количественных закономерностей продукционного процесса на всех его этапах биотического круговорота стимулировала экспериментальное эколого-физиологическое изучение и количественное выражение функций гидробионтов, таких, как интенсивность фотосинтеза и дыхания, скорость питания и роста, через которые осуществляется их роль активных агентов биотической трансформации вещества и энергии в водных экосистемах. К настоящему времени работы этого направления достигли значительных успехов. Стало возможным ориентироваться, например, в том, какими величинами выражаются отношения продукции к биомассе многих гидробионтов, интенсивность обмена животных разных размеров, скорость фильтрационного питания, эффективность использования ассимилированной пищи на рост и продукцию и пр.

Одной из ярких характеристик живой материи является обмен веществ – это последовательное потребление, превращение, использование, накопление и потеря веществ и энергии в живых организмах в процессе жизни. Наиболее распространенный способ изучения обмена – измерение газообмена, в процессе которого потребляется кислород. Он является активным компонентом химических реакций, связанных с окислением, минерализацией веществ в организмах. Наиболее содержательной и распространенной мерой скорости обмена служит скорость потребления кислорода (Q), то есть количество кислорода, потребляемое одной особью за единицу времени. Скорость обмена, отнесенная к единице массы тела (w) называется интенсивностью обмена. Скорость обмена выражают в мг (мл) или г (л) кислорода в расчете на одну особь, интенсивность обмена – в мг (мл) или г (л) кислорода на единицу массы особи за единицу времени (час, сутки). Скорость обмена, выраженная в единицах массы или энергии, представляет траты на обмен. На протекание обмена организмов влияет ряд факторов. Самое сильное влияние оказывает масса тела. Зависимость скорости обмена от массы тела передается степенным уравнением:

Q = Aw^a/b

Оно показывает, что скорость обмена пропорциональна массе, возведенной в степень, которая у разных гидробионтов близка к величине 0,75. Это означает, что при большей, например, в 10 раз массе, индивидуальная скорость обмена будет не в 10 раз, а только в 10 в степени 0,75 (в 5,6) раз больше. Значит, более крупные организмы имеют интенсивность обмена меньше по сравнению с мелкими организмами. Поэтому такие, например, гидробионты, как простейшие – инфузории, жгутиковые, коловратки дышат гораздо интенсивнее, имеют более интенсивный обмен по сравнению с крупными ракообразными, водными насекомыми, рыбами. На уровень обмена влияют также температура, парциальное давление газа, но он не зависит от пола, возраста, света, рН среды.

Рост организмов. Рост представляет собой количественную сторону развития (онтогенеза). Индивидуальный рост представляет собой увеличение массы организма, или точнее, процесс приращения массы развивающегося организма. При изучении процессов роста прослеживают изменение веса, или других пропорциональных ему величин, как содержание азота в теле. Такой рост называют весовым, он непосредственно связан с закономерностями обмена, является результатом питания, увеличения массы. Кроме того есть еще линейный рост – изменение линейных размеров тела. Данные по линейному росту находятся в определенном соотношении с весовым ростом. Связь между каким-либо определенным показателем линейных размеров животного (l) и его массой (w) может быть передана степенным уравнением:

W = q * l^b

в котором показатель степени означает, что по мере роста масса увеличивается больше, чем линейные размеры. Основными характеристиками роста являются абсолютный прирост (разность между массой тела в начальный и в какой-то другой момент времени), скорость роста (абсолютный прирост за единицу времени), относительная скорость роста (скорость роста, отнесенная к единице массы). Применение количественных данных по росту имеет место при расчетах продукции животных в условиях разных вод. Продукция гидробионтов является информационным показателем при изучении загрязняемых водоемов.

Питание гидробионтов. Процессы питания непосредственно связаны с динамикой и превращением веществ в водоемах. Пищевые отношения необходимо учитывать при оценке самоочистительной функции загрязняемых вод, осадкообразования, переноса радионуклидов и их накоплении и др. Большое значение имеет оценка степени утилизации первичного органического вещества, образующегося в водоемах или поступающего извне. От этого зависит направление процесса в сторону загрязнения при его накоплении или устранение этой опасности при его полной утилизации. Количественными показателями питания служат такие параметры как рацион (скорость питания), скорость фильтрации, усвояемость. Рацион – это количество пищи, потребляемой животным за единицу времени; скорость фильтрации – объем воды, осветленный организмами за единицу времени; усвояемость – относительная безразмерная величина, означающая долю усвоенной пищи от потребленной. Усвояемость является величиной постоянной и характерной для данного вида корма, она не зависит от концентрации пищи. Данное положение надо учитывать при загрязнении водоемов. Вещество загрязнений может оказаться низко усвояемым, будет плохо подвергаться минерализации, накапливаться в водоемах.

Важными эколого-физиологическими характеристиками гидробионтов являются обмен веществ, рост, питание. Благодаря этим физиологическим процессам организмы участвуют в переработке веществ загрязнений, в самоочищении водоемов. Эколого-физиологические характеристики – траты на обмен, прирост, рацион тесно взаимосвязаны и входят в уравнение балансового равенства: С = Р + К + F, где С – рацион, Р – продукция, К – траты на обмен, F – неиспользованная энергия пищи. Пользуясь этим уравнением, сопоставляя эколого-физиологические параметры гидробионтов разных трофических уровней, можно получить количественные представления о переходе энергии и вещества с одного уровня на другой, о потоке их в экосистемах.