Raft Master » Научная библиотека » Биоэкология » Управляющие параметры и их действие в водных объектах типа "искусственный риф"


  • 5-01-2013, 07:07
  • | Views: 857


Управляющие параметры и их действие в водных объектах типа "искусственный риф"

Управляющие параметры и их действие в водных объектах типа

Обсудить приемы управления обитанием водных растений в составе объектов надтелесного типа удобнее всего на примере так называемых "искусственных рифов" (ИР). В основе экотехнологии ИР лежат размещаемые в водоемах инженерные конструкции, специально создаваемые для их естественного заселения водными, преимущественно морскими организмами. Цель ИР - предоставить организмам-поселенцам, начиная с бактерий и водорослей, подходящий по свойствам и значительный по площади твердый субстрат для закрепления на нем и последующего роста живой массы. ИР размещаются на дне прибрежных акваторий, с преобладанием мягких грунтов, на которых мало удобных для поселения донных водорослей каменистых участков.

Искусственные рифы создаются для разных целей, в основном следующих: 1) привлечение в акваторию хозяйственно или декоративно ценных видов рыб; обычно при этом преследуются рыболовно-рекреационные цели; 2) получение биомассы, пригодной для пищевого, кормового или технологического использования; 3) проведение локальной (например, в загрязняемых или сильно эвтрофируемых акваториях) мелиорации (биологической очистки) водной среды. Как правило, три названные цели могут одна другой сопутствовать. Поскольку подробное обсуждение обширной тематики ИР в нашу задачу не входит, рассмотрим лишь общие принципы управления биообрастанием через конструкцию ИР.

Любой вертикально стоящий стержень на морском мелководье обрастает водорослями, становясь похожим на развесистое дерево, тогда как на конусообразных телах формируются ковровые покрытия (рис. 6.1 я, б). На другой фотографии (рис. 6.2) видно, что стрежни, сгруппированные в модули, образуют пологи, можно сказать - "лес с искусственными стволами". Диаметр и высота стержней и конусов - два сразу заметных управляющих фактора. Чем меньше диаметр стержня или конуса , тем более мелкие водоросли на нем поселяются и наоборот. Например, привязанная под водой рыболовная леска толщиной 0.2 мм через некоторое время обрастает одноклеточными диатомовыми водорослями. На леске толщиной 2 мм селятся одноклеточные и нитчатые водоросли. На канате толщиной 2 см врастают аларии, ламинарии и другие водоросли с крупными слоевищами. В морской аквакультуре это правило широко используется с учетом хозяйственных целей.

Рис. 6.2. Обросшие многоклеточными водорослями стержни в составе модулей. Модули состоят из групп стержней с разной частотой расположения ("плотностью популяции"). На косной матрице формируются искусственные подводные пологи многоклеточных водорослей. Их обитанием составе ИР можно управлять, целесообразно задавая разную "плотность популяции" стержней, их высоту и диаметр. Как плотность обрастания стрежней связана с их диамет-ром, показано на рис. 6.

При фиксированных значениях высоты и диаметра физических субстратов в составе модулей управляющим фактором является плотность "популяции стержней". При небольшой плотности расположения стержней на черноморском мелководье формируется сообщество с примерно одинаковой массой пластинчатой раскидистой ульвы и энтероморфы, как на рис. 6.2 слева. Им сопутствуют разные нитчатые и одноклеточные водоросли. На редко стоящих стержнях сообщество крупных слоевищ имеет "подлесок" из мелких водорослей. При большой плотности "популяции стержней" (модуль в центре) верхний ярус занят мелкой ульвой вместе с энтероморфой. При средней плотности расположения стержней (модуль справа) преобладает мелкая энтероморфа, образующая полог в верхней и средней части модуля. Ульвы мало или она очень мелкая. Из Рис. 6.1 и 6.2 следует, что, изменяя размер и "плотность популяции " стержней или конусов в составе IIP, можно управлять сразу несколькими биоэкологическими характеристиками сообщества макрофитов.

Чтобы перейти от качественных соображений и выводов к рациональному объяснению влияния "плотности популяции" стержней, необходимо выразить ее в численной форме. В биологии плотность популяции чаще всего выражают как отношение численности особей (N) к площади поверхности (So здесь нижний индекс "о" показывает, что это площадь грунта), на которой организмы обитают (N/So). Для характеристики модулей, высота стержней в которых бывает разной, показателем "плотности популяции" стержней следует считать общую площадь боковой поверхности стержней, S в составе модуля. Она равна: S = (N* St.le|;,,l:llll) /S0, где N - количество стержней в модуле, и S0 - площадь основания модуля ("грунта").

Теперь можно сформулировать задачу для изучения действия управляющих переменных в натурном, т.е. проведенном непосредственно в море эксперименте. Задача состоит в том, чтобы выявить и численно описать вид функции: W/So = f (S/ S0). Здесь W - общая биомасса водорослей на поверхности S всех стержней. Дробь W/So отражает плотность обитания. Ряд экспериментов, проведенных с модулями разного типа, показал, что эта зависимость имеет вид одновершинных кривых (Рис. 6.3 я). Принципиально важным параметром, управляющим плотностью обитания водорослей на ИР, является безразмерное соотношение S/S0, подробно обсуждаемое в лекциях 6.2 и 7.3. Положение максимума на каждой кривой зависит от величины удельной поверхности (S/V) стержней, которая обратно пропорциональна их диаметру (D) что следует из рис. 6.3 б, в.

Столь же закономерно с увеличением S/V стержней (уменьшением их диаметра) возрастает интенсивность их обтекания водой, что содействует росту растений на стержнях. Таким образом к перечную переменных, присущих косной матрице IIP и управляющих обитанием водорослей, относятся S/T^l) и D (2) стержней.

Диаметр стержней определяет не только плотность обитания макрофитов на единице и боковой поверхности, но также биологический состав видов водорослей в сообществе. Весной на мелководьях Черного моря появляются и расселяются два совместно обитающих вида - энтероморфа и церамиум. В это время на подводном стенде в мелководной бухте был проведен эксперимент с задачей: найти способ управлять соотношением на модулях ИР обитанием энтероморфы и церамиума. В качестве косной основы на стенде был размещен ряд отдельно стоящих стержней разного диаметра (раздельно и в группах, как на рис. 6.1 и 6.2). Через 35 дней на стержнях выросли сообщества, включающее два эти доминирующих вида.

На рис. 6.4 линия 1 и 2 (стрежни единичные и в группах соответственно) показывает, что с увеличением диаметра стержней плотность поселения обоих видов, W/S6oK, уменьшается согласно уравнению (2). В то же время из рис. 6.4 (линии 3 и 4; стержни единичные и в группах соответственно) следует, что биологический состав сообщества макрофитов (W^m/W^p) существенно зависит от диаметра стрежней. Чем диаметр больше, тем в большей мере в весеннем черноморском сообществе зеленая энтероморфа преобладает над красным церамиумом. Следовательно, изменяя физические параметры косной матрицы IIP, можно управлять также и видовым составом растений в сообществе.

Еще одной существенной переменной в составе любого ИР является скорость проходящего через объем Vn+i потока воды. Поток воды не только несет с собой растворенные химические вещества (питательные или токсические регуляторы), но влияет на скорость роста растений физическим путем - через режим обтекания (ламинарный, турбулентный). Режим обтекания поверхности объекта (будь то косный стержень или живое растение) определяет интенсивность физико-химического взаимодействия объекта с водой (примеры обсуждаются в лекции 6.2). Значение ц важно потому, что от нее зависит интенсивность потребления питательных веществ растениями на стрежнях, а соответственно интенсивность роста фитообрастания растений.

Как биокосная система, модуль в целом характеризуется геометрическим объемом (Vn+i) в пределах внешнего контура, общей массой растений (W) на конструкции, а также объемной концентрацией массы в свободном пространстве модуля (Cw = W/VCB06, где VCBo6 = Vn+i - £Устержней)- Важное биоэкологическое значение параметра С,Л неоднократно обсуждалось в предыдущих лекциях.

Проведенное выше обсуждение экспериментального ИР с черноморскими водорослями раскрывает некоторую часть сети системного управления с помощью искусственно введенного в экосистему твердого субстрата и протекающе через ИР потоки воды. Блок-схема управления макрофитами на ИР через его физические характеристики показана на рис. 6.5. Внешними условиями обитания и жизни растений является поступление на вход ИР света, биогенных элементов и воды. На рис. 6.3 и

6.4 были показаны отельные "рычаги", управляющие обитанием водорослей. На рис.

6.5 отражена системная логистика экотехнологического управления обитанием водорослей в составе ИР. Блок-схема ИР для водорослей (сплошная обводка) состоит из трех основных частей: 1) косной конструкции, 2) протекающей через ИР воды и 3) водорослей. Три параметра, (штриховая обводка) являются биокосными: W/SD, W/S.

Косные управляющие параметры ИР - диаметр, D , и удельная площадь поверхности, S/V, отдельных стержней, а также групповые характеристики (плотность "популяции" стержни в составе модулей, выражаемая параметрами N и W/So). В системе имеются также и другие управляющие переменные, в частности, скорость протока воды сквозь риф. В качестве двух результирующих ("выходных") параметров ИР на блок-схеме показана общая масса водорослей и интенсивность роста живой массы (щ»). Как видно из схемы, они связаны двумя положительными связями - прямой и обратной стрелками. Обратные (авторегуляторные) связи имеются и между некоторыми другими элементами системы ИР, но здесь они не обсуждались. Подробное обоснование и обсуждение способов управления в ИР можно найти в специальных публикациях (например: Хайлов и др., 1994, 1995, 1998, 1999, 2000; Празукин, Хайлов, 1998; Празукин, 1999, 2001; Юрченко, 1999).




  • Вернуться



  • Еще по теме


    Формирование обитаемых пространств фитосистем техногенного происхождения


    Иерархия обитаемых пространств фитосистем техногенного происхождения


    Управление обитанием организмов в агрономических и аквакультурных биогеотех ...


    Модели рельефа Земли


    Адаптивное обитание одноклеточных водорослей на физических моделях подводно ...

     

    Последние новости



    Пользовательский поиск

    Партнеры