Введение к работе
Актуальность проблемы. В связи с увеличившейся антропогенной нагруз-сой на шельфовые экосистемы морей, происходят процессы хронического эвт-эофирования прибрежных вод. Последствия этого процесса - снижение биологического разнообразия в экосистемах и исключение из них долгоживущих крупных промысловых видов животных и водорослей, а также снижение качест-sa прибрежных вод по санитарным и другим показателям.
Для локального изъятия из воды избыточных количеств биогенных и растворенных органических веществ перспективным представляется использование естественных поселений прикрепленных организмов. Живые организмы временно переводят эти вещества в нерастворимую форму, накапливая в своем геле в виде биомассы.
Одной из основных проблем в прибрежной зоне северо-западной части Черного моря является недостаток твердых субстратов для прикрепления водорослей и беспозвоночных. Поэтому успешной может оказаться практика создания искусственных конструкций для заселения прикрепленными организмами "искусственных рифов" (ИР). Однако, на сегодняшний день недостаточно разработаны подходы, позволяющие прогнозировать биологические характеристики обрастаний искусственных (и естественных) субстратов, такие как биомасса, видовой состав, интенсивность функционирования. Нет также достаточно хорошо разработанных биоэкологических подходов для конструирования "искусственных рифов" с прогнозируемым составом и функциональной активностью обрастания. Поэтому представляется целесообразным разработка методологии описания и сравнения естественных и искусственных поселений организ-мов-обрастателей применимой в задачах конструирования "искусственных рифов" как "мелиоративного" так и "биопродукционного" назначения.
Предполагается рассмотрение твердых субстратов и населяющих их орга-низмов-обрастателей как единого целого в рамках концепции "биокосных систем" с применением методологии, разработанной в биогеохимии.
Связь работы с научными программами. Часть материала собрана в процессе работы по госбюджетной теме "Розробка рентабельної технології оп-тимізації вод високотрофних та урбанізованих районів українського Причорномор'я, а також локальних зон екстремального техногенного впливу", шифр З.І "Біопозитивні системи".
Цель и задачи работы. Цель исследования состоит в детальной разработке единого способа описания и сравнении естественных и искусственных местообитаний, населенных водными организмами, и расчете оптимальных условий функционирования искусственных поселений организмов - обрастателей в со-
ставе "искусственных рифов".
Были поставлены и решались следующие задачи:
-
Выбрать параметры и способы их расчета, наиболее адекватно позволяющие описывать и сравнивать пространственно-геометрическую организацию биокосных и косных систем, а также позволяющие рассчитывать характеристики вещественных потоков, проходящих через эти системы.
-
Исследовать закономерности физико-химического взаимодействия экспериментальных моделей живых и неживых систем (организмов и объектов, представляющих собой их местообитания) с движущейся водой и сравнить с закономерностями массопереноса в природных системах.
-
Исследовать закономерности заселения искусственных конструкций прикрепляющимися беспозвоночными.
-
Установить закономерности функционирования обитаемых пространств и заселяемых живыми организмами поверхностей в составе экспериментальных моделей искусственных рифов.
-
Провести сравнение функциональных характеристик природных и искусственных групповых поселений организмов.
6. Разработать предложения к конструированию искусственных рифов с
прогнозируемым составом населения и функциональной активностью путем
подбора оптимальных параметров конструкций.
Научная новизна полученных результатов. Биогеохимическая методология применена для описания биологических объектов - организмов и сообществ обрастания. Обосновано применение понятия обитаемого пространства (ОП) при описании сообществ обрастания и их местообитаний. Подобран ряд параметров, позволяющих описывать структурные и функциональные характеристики ОП.
Установлена регулирующая роль пространственно-геометрических параметров ОП на структуру и некоторые функциональные характеристики сообществ зоообрастания. Найдены оптимальные соотношения геометрических параметров ОП с максимальной удельной скоростью потребления кислорода, РОВ и бикарбонатов, и концентрацией массы организмов.
Показана селективная роль геометрических параметров ОП при заселении их [ОП] организмами разных видов. Определены оптимальные значения некоторых пространственно-геометрических параметров для создания ИР мелиоративного назначения в северо-западной части Черного моря.
Установлены некоторые общие закономерности структурно-функциональной организации биокосных систем естественного и искусственного происхождения разных иерархических уровней организации.
Практическое значение работы. Выявленные закономерности могут по-
служить биоэкологической основой для конструирования искусственных рифов ; прогнозируемыми биологическими характеристиками обрастания (биомасса, зидовой состав, скорость потребления пищи). Применение изложенной методо-тогии позволяет оценить последствия размещения дополнительных количеств гвердых субстратов (в т. ч. искусственных рифов) для экосистем прибрежных районов моря.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на международной конференции "Экологические проблемы Черного моря" (Одесса, 1999), на конференции, посвященной 61 годовщине основания Беломорской биологической станции имени Н. А. Перцова МГУ имени М. В. Ломоносова (Кан-ідлакша, 1999), отчетной сессии ОФИнБЮМ (1998).
Личный вклад соискателя. Исследование скоростей накопления бикар-эонатов и РОВ организмами, а также анализ и обобщение экспериментальных данных выполнены автором самостоятельно. Эксперименты по физико-химиче-:кому моделированию массопереноса и заполнению простанства ИР организмами проведены совместно с д.б.н. К.М. Хайловым.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено з 9 печатных работах, из них 5 статей в ведущих научных журналах, рекомендо-занных ВАК Украины, 4 статьи в научных сборниках.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, восьми разделов, выводов, приложения и списка цитируемой литературы (198 источников, из них 127 на русском и украинском языках и 71 иностранная работа). Ра-5ота изложена на 178 страницах, содержит 43 рисунка и 6 таблиц.
