Влияние факторов среды на продукционные показатели популяции Ahnfeltia tobuchiensis в заливе Измены тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.18, кандидат биологических наук Попова, Людмила Ивановна

• Попова, Людмила Ивановна
• кандидат биологических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Попова, Людмила Ивановна

Введение.

Обзор литературы.

Глава 1. Распространение и биология водорослей рода АЫ/еШа.

1.1. Распространение водорослей рода Акп/еШа в морях Дальнего Востока Росии.

1.2. Морфология и анатомия слоевища.

1.3. Выделение, поглощение и транспорт органических веществ по таллому. Потребление биогенных элементов.

1.4. Химический состав тканей.

1.4.1. Органические вещества.

1.4.2. Содержание общего азота и фосфора.

Глава 2. Физико-географическая характеристика залива Измены.

2.1. Климат.

2.2. Динамика водных масс.

2.3. Рельеф и осадки дна.

2.4. Температурный и световой режимы.

2.5. Гидрохимические показатели вод.

Глава 3. Фотосинтез, дыхание и рост анфельции в природе и эксперименте.

3.1. Зависимость фотосинтеза и дыхания от факторов среды.

3.2. Рост. Влияние факторов среды.

Экспериментальная часть.

Глава 4. Материал и методы.

4.1. Материал.

4.3. Измерение факторов среды.

4.4. Измерение продукционных показателей.

4.5. Статистическая обработка материала.

Результаты и обсуждение.

Глава 5. Общая характеристика популяции Акп/еШа 1оЬисЫет1$ и условий ее обитания в заливе Измены.

5.1. Общая характеристика популяции Акп/еШа юЬпсИ1еж1х.

5.2. Флоро-фаунистический состав сопутствующих видов.

5.3. Световые, температурные и гидрохимические условия обитания.

Глава 6. Продукционные показатели популяции Ahnfeltia tobuchiensis.

6.1. Содержание хлорофилла, органического углерода, азота и фосфора в тканях.

6.2. Скорость роста.

6.3. Суточные и сезонные изменения интенсивности фотосинтеза и темнового дыхания.

6.4. Первичная продукция популяции Ahnfeltia tobuchiensis.

Глава 7. Влияние физических и химических факторов среды на продукционные показатели популяции Ahnfeltia tobuchiensis

7.1. Влияние водообмена.

7.2. Влияние света и минерального питания.

7.3. Совокупное влияние факторов среды на интенсивность кислородного обмена.

Глава 8. Рекомендации по рациональной эксплуатации поля анфельции тобучинской в заливе Измены.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние факторов среды на продукционные показатели популяции Ahnfeltia tobuchiensis в заливе Измены»

На Дальнем Востоке произрастает ценная агароносная водоросль-анфельция тобучинская АкгфШа 1оЬисЫепы$ (Каппо с1 М^иЬага) Мак. Эта красная водоросль из семейства Акп/еШасеае образует обширные неприкрепленные к грунту заросли (пласты). Большинство запасов анфельции сосредоточены в зал. Измены (о. Кунашир), лаг. Буссе (о. Сахалин) и зал. Петра Великого (Японское море). Биомасса крупнейшего в мире поля анфельции в заливе Измены составляет 125 тыс. т (СЪегЬас^у, Ророуа, 1998).

В последние годы возрос интерес к исследованию красных водорослей-агарофитов прежде всего с практической стороны - получаемые при переработке агарофитов фикоколлоиды обладают наиболее выраженной желирующей способностью среди всех применяемых гелеобразователей. Агар-агар и агароза используются в микробиологических, аналитических, фармацевтических процессах. Кроме того, из агарофитов получают белковые препараты, витамины, биологически активные вещества противомикробного действия, удобрения, кормовые добавки (Максимова, 1993).

В то же время, популяции водорослей являются основными продуцентами органического вещества, служат естественным и высокоэффективным биофильтром в эвтрофированных прибрежных водах, накапливая в своих тканях большие количества химических веществ, как биогенных (азот, фосфор), так и токсических (тяжелые металлы).

Основными причинами уменьшения запасов агароносов являются: ухудшение экологических условий обитания и интенсивная эксплуатация промысловых полей (Блинова, 1984; Возжинская, 1986; Титлянов и др., 1993).

Начало промысла анфельции в зал. Измены и уменьшение ее запасов в лагуне Буссе в 1937 г вызвало необходимость изучения биологии, экологии и воспроизводства А. ^ЬисШепягя на Курильских островах и о-ве Сахалин (Каппо, Ма1зиЬага, 1937; Кип^а1, 1943; Уапо, 1942).

Первые попытки комплексного изучения систематики, экологии и физиологии анфельции тобучинской были предприняты коллективом сотрудников Института биологии моря и ТИНРО (Биология анфельции, 1980). 5

Эти работы посвящены, главным образом, изучению световых, температурных и гидродинамических условий обитания анфельции (Звалинский, 1980; Новожилов, 1980). Большое внимание уделено изучению таких функциональных характеристик, как фотосинтез и дыхание (Титлянов и др., 1980 а,б), выделение, поглощение и перемещение ассимилятов (Пешеходько, Титлянов, 1980), рост в природных и аквариальных условиях (Буторин и др., 1980). Определена сезонная динамика фотосинтеза, темнового дыхания и содержания агара (Лавин и др., 1978). Изучался состав водорослевого сообщества (Богданова, 1969; Титлянова, 1980) и механизмы, способствующие становлению и развитию сообщества (Новожилов и др., 1981; Новожилов, 1989). В последние годы были начаты исследования анфельции на уровне водорослевого сообщества (Чербаджи и др., 1991, 1995; Cherbadgy, Popova, 1998).

Экстенсивная марикультура анфельции и других массовых видов водорослей, имеющих хозяйственное значение, - один из наиболее перспективных путей восстановления экосистем, деградировавших в результате антропогенного прессинга. Так как интенсивная марикультура анфельции требует больших затрат и нерентабельна (Силкин и др., 1985), то наиболее реальным в настоящее время является экстенсивный способ культивирования. Он состоит, прежде всего, в рациональной эксплуатации естественных полей анфельции, увеличении их продуктивности, восстановлении этих полей и в поиске новых акваторий для заселения анфельцией (Титлянов и др., 1986; Чербаджи и др., 1991). В этой связи становится понятным изучение влияния факторов среды на продукционные показатели популяции анфельции.

Если сообщество A. tobuchiensis в проливе Старка (зал. Петра Великого) относительно хорошо исследовано (Биология анфельции, 1980), то в заливе Измены проводились единичные измерения, на основании которых делаются противоречивые выводы о влиянии факторов среды на продукционные показатели водорослей (Лютова и др., 1965; Гриних, Сарочан, 1968). Большинство измерений продукционных показателей A. tobuchiensis проведены на отдельных талломах или их частях. Скорости фотосинтеза и 6 темнового дыхания определялись в замкнутых системах, что не позволяло судить о продукционных процессах в природных условиях. Изучение продукционных показателей A. tobuchiensis в зал. Измены на популяционном уровне и в условиях, соответствующих природным, не проводилось.

Важно подчеркнуть, что скорость продуцирования органического вещества популяциями зависит от комплекса факторов окружающей среды, из большого числа которых необходимо выделить главные, определяющие основную часть изменчивости изучаемых продукционных показателей.

Многие исследователи продукционных процессов в прибрежной зоне моря предполагают, что продуктивность макрофитов в умеренных водах лимитируется чаще доступностью света, чем поступлением биогенных элементов (Mann, 1972b; Dring, 1981; Coutinho, Zigmark, 1987; Кучерук и др., 1993). Даже в тропических водах с высокой прозрачностью и низкой концентрацией биогенных элементов отмечено лимитирование продукции группы макрофитов уровнем освещенности (Titlyanov et al., 1995).

Ранее полученные нами и представленные данные по исследованию процесса первичного продуцирования популяции анфельции зал. Измены подтверждают это положение (Cherbadgy, Popova, 1998).

Другие исследователи отмечают, что в морской среде в большинстве случаев первичная продукция лимитируется биогеохимическими циклами биогенных элементов, в особенности азотом и фосфором (Webber, 1975; Dugdal, 1976; Granelli, 1978; Пропп, 1986; Pedersen, Borum, 1996; Chopin, Wagey, 1999), поэтому их изучению было уделено большое внимание при исследовании влияния факторов среды на продукционные показатели популяции анфельции.

В связи с вышеизложенным, цель проведенного исследования заключалась в изучении процесса первичного продуцирования популяции A. tobuchiensis в зал. Измены и выявлении основных факторов среды, определяющих этот процесс.

С этой целью в работе решались следующие задачи:

1. Исследование световых, температурных и гидрохимических условий обитания популяции A. tobuchiensis в зал. Измены. 7

2. Изучение продукционных показателей популяции А. ^ЬисШетгз: распределение биомассы, продукция фотосинтеза и темновое дыхание, скорость роста, концентрация хлорофилла и основных биогенных элементов в тканях водорослей.

3. Анализ влияния основных факторов среды - интенсивности фотосинтетически активной радиации (ФАР) и концентрации биогенных элементов на скорость продукционных процессов, а также изучение зависимости этих процессов от температуры, динамики водных масс, концентрации в воде растворенного кислорода и органического вещества, химических компонентов тканей анфельции (хлорофилла а, органического углерода, азота, фосфора). Оценка комплексного влияния факторов среды на продукционные показатели популяции А. кЖисЫет'и.

В соответствии с поставленными задачами предлагаемая работа делится на три органически связанные части: внешние условия формирования и жизнедеятельности популяции А. 1оЬисЫет1х зал.Измены, продукционные показатели популяции А. 1оЬисЫет1з и влияние факторов среды на продукционные показатели.

В работе приведена общая характеристика популяции А. гоЬисЫет'^ зал. Измены, показано пространственное распределение высоты пласта и биомассы водорослей, выполнен анализ флоро-фаунистического состава сопутствующих видов. Впервые для вод данной акватории рассмотрены суточная и сезонная динамики концентраций основных биогенных элементов, а также их пространственное распределение.

Продукционные исследования представлены описанием основных процессов - фотосинтеза и роста популяции А. юЬисШетгз. Прослежена сезонная динамика этих процессов. Показано, что в природных условиях залива Измены отсутствует световое насыщение пласта анфельции.

В части, посвященной влиянию внешних факторов, изучены зависимости продукционных показателей от динамики водных масс, интенсивности и доступности ФАР и концентрации биогенных элементов. Впервые рассматривается совокупное влияние факторов среды на 8 продукционные показатели популяции А. ¿оЬисШет15. Получены уравнения множественной регрессии, которые подтверждают определяющую роль ФАР в продукционном процессе популяции А. юЬисШетгя. Приводятся рекомендации по рациональной эксплуатации поля анфельции. В приложении помещены первичные данные измерений факторов среды и продукционных показателей популяции А. юЬиск/'ешчх.

Работа выполнена в лаборатории физиологии водных растений Института биологии моря ДВО РАН. В ее основу положены результаты экспериментальных исследований, проведенных автором на о. Кунашир в зал. Измены в течение летнего и осеннего сезонов 1990- 1993 и 1996-1998 гг. 9